Cours 2 - Cognition et comportement (Sommeil) 2 PDF

Summary

This document discusses sleep and biological rhythms, including circadian rhythms, their characteristics, and the role of light. It explores concepts like zeitgebers, the suprachiasmatic nucleus (SCN), and the role of melatonin in regulating sleep-wake cycles. The document also touches upon sleep disorders and methods for measuring sleep patterns.

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Cours 2 – Sommeil et rythmes biologiques Sommeil - État réversible de sensibilité réduite à, et d’interaction avec, l’environnement ; à l’inverse du coma ou de l’anesthésie (pas immédiatement réversibles) - Universel - 1/3 vie ; ¼ à rêver à Fonction évolutive Rythmes circadiens - C...

Cours 2 – Sommeil et rythmes biologiques Sommeil - État réversible de sensibilité réduite à, et d’interaction avec, l’environnement ; à l’inverse du coma ou de l’anesthésie (pas immédiatement réversibles) - Universel - 1/3 vie ; ¼ à rêver à Fonction évolutive Rythmes circadiens - Chronobiologie o Rythmes biologiques o Depuis 1970 - Rythmes biologiques o Cycle menstruel o Éveil/sommeil (c) o Température corporelle (c) o Naissance/mortalité o Cortisol (c) o Mélatonine (c) o Rythme cardiaque (c) o Pression sanguine (c) o NB: Rythmes circadiens = cycles de ~ 24h - Carl Von Linné (1707 – 1778) o Horloge florale (1751) § Horologium florae § Disposition des plantes en horloge selon l’heure de leur ouverture § Premier rythme circadien observé § Philosophica Botanica (1751) Exemples de rythmes circadiens - De Mairan (1729) o Ouverture/fermeture feuilles de mimosa même sans lumière o Pensait que plante percevait lumière dans l’obscurité (faux) - De Candolle (1832) o Ouverture/fermeture en obscurité constante = 2h plus tôt = cycle de 22h au lieu de 24h o Démontre horloge biologique interne § « Remise à l’heure par indices externes » DONC o Caractéristiques des rythmes § Endogène Existe sans indices externes § Synchro avec milieu externe Rythmes circadiens 2 - Tous animaux ont rythme circadien - Autonome et variable (en fonction des zeitgebers) - Oscillateur o Structure générant une fluctuation rythmique o Capable de générer un rythme endogène o Exemples § Générateur central du rythme o Thalamus : synchronise les neurones du cortex Certains, oscillateurs en soi Canaux ionique dépendants du potentiel Permet d’émettre des décharges rythmiques (2 – 4Hz ; delta) sans influence de quoi que ce soit à l’extérieur de la cellule. § Synchronisation par mécanisme d’association § Transmission des rythmes au cortex pas projections thalamocorticales o Noyau suprachiasmatique (hypothalamus) § Oscillateur/horloge biologique § Rythme circadien chez l’homme § Synchronise zeitgebers - Zeitgeber o Indice temporel environnemental pouvant synchroniser un oscillateur o Rythmes en isolation des zeitgeber § Souris : 23h § Hamster : 23,6h § Humain : 24,5h à 25,5h à Plusieurs mois : 30 à 36h 3 Cycle veille-sommeil Vigilance et sécrétion d’hormones & autres régulations = cycle 24h. Régulés de manière endogène et exogène. - 16h veille/8h sommeil (endogène et exogène ensemble) - Dement et al. (1976) o Expérience isolement o Grotte pendant 2 mois o 10 premiers jours § Condition naturelles reproduites 4 o 25 jours suivants § Repères supprimés § Sans zeitgeber : cycle environ 25h § Température minimale au début du sommeil o 11 derniers jours § Réintroduction de zeitgebers § Normalisation du cycle en fonction éclairage o Conclusion § Principal zeitgeber chez l’homme : lumière Horloge biologique - Noyau suprachiasmatique de l’hypothalamus (NSC) o Paire de noyaux § Chaque côté ligne médiane du 3ième ventricule § Au-dessus du chiasme optique Au-dessus de l’hypophyse (glande pituitaire) o Sécrète plusieurs hormones vitales o Plus petits neurones du cerveau v < 0,3mm3 o Synchronisation fonctions – lumière 1. Détecteur lumière 5 Rétine 2. Horloge NSC conserve rythme mm sans afférences rétines 3. Voie de sortie Contrôle des fonctions selon l’horloge Cérébrales et corporelles Rôle de la lumière - VRHT = Voie rétino-hypothalamique (monosynaptique) o Relie axones des cellules ganglionnaires (rétine) au NSC § Contiennent mélanopsine sensible à l’intensité lumineuse o Mécanisme photo sensible o Régule horloge biologique - Luminothérapie o Lumière tôt dans la nuit subjective : retarde sommeil o Lumière fin de la nuit subjective : « avance » sommeil de la nuit d’après… commence la journée et les activités biologiques plus tôt. Avancement du cycle circadien. o Lumière en milieu de journée subjective : peu de changement 6 - Thérapie avec mélatonine (Effet inverse luminothérapie) o Mélatonine tard dans la nuit subjective : délai de phase (retarde rythme circadien de la journée suivante) o Mélatonine tôt dans la nuit subjective : avance phase Horloge biologique (suite) - Souris sans yeux incapables de synchroniser - Souris sans cône ni batônnets peut o NSC non-informé par photorécepteurs - David Berson (Uni Brown, 2002) o Transmission de l’info au SNC par cellules ganglionnaires contenant de la mélanopsine § != rhodopsine bâtonnets ou iodopsine cônes o Cellules plus sensibles aux ondes courtes § Entre sensibilité max cônes S et bâtonnets § Lumière bleue - Marc Hébert (ULaval) o Invention de Bluewake § Empêche endormissement la nuit au volant (lumière bleue) Étude des NSC - Lésions - Transplantations de NSC - Isolement cellules du NSC 7 - Étude : ablation des NSC en isolation des zeitgebers chez singe o Singe sans zeitgeber = cycle 25,5h o Rythme circadien abolis après ablation, même si éclairé en permanence o Induit rythmes hautes fréquences o Affecte besoins de boire et manger - Étude : ablation des NSC en absence de zeitgebers chez hamster o Avant ablation, sans zeitgebers § > 24h o Après ablation, sans zeitgebers § Sommeil persiste § Moins cyclique § Désorganisé § Même résultats, mais moindres, avec zeitgebers Suggère existence de d’autres mécanismes gèrent sommeil NSC régularise mais ne CAUSE PAS sommeil 8 - Étude de transplantation/lésion chez hamsters dorés o Ralph & Menaker (1990) o Obscurité totale : § Hamsters normaux : 24,1h § Hamsters mutants (tau) : 22h § Hamsters mutants (2x tau) : 20h o Ablation des SNC : disparition de certains rythmes o Transplantation de SNC : adaptation au rythme de l’ancien porteur. Mécanismes du NSC - Chaque cellule = horloge moléculaire o Développement de cellules SC de rat in vitro continuent à suivre rythme du cerveau normal 9 o Suggère cycle moléculaire fondé sur l’expression génétique - Chez souris et drosophile o « Gènes-horloges » impliqués o Ex : gène CLOCK (circadien locomoteur output cycles kaput) § Boucle de rétroaction négative 1. Transcrit en ARNm, puis traduit en protéine 2. Accumulation de cette protéine réduit l’expression de son propre gène 3. Inhibition de production augmente progressivement 4. Évacuation des protéines 5. Cycle recommence Cycle = période endogène de l’horloge biologique Mélatonine - Hormone sécrétée par glande pinéale (épiphyse) durant nuit - Permet sommeil - Synthétisée à partir du tryptophane comme sérotonine (voir cours 3) - Sécrétée en absence de lumière o Augmente en fin de journée o Plus élevée en fin de nuit/petit matin - Facteur hypnogène (induit sommeil) 10 - Rôle exact dans le sommeil encore mal compris Troubles circadiens - Problèmes de sommeil ou d’éveil - Désynchronisation entre rythme endogène et cycle environnemental - Cause interne (ex : tumeur NSC) ou externe - Traitement en renforçant/modifiants synchronisateurs - Agents thérapeutiques : luminothérapie/mélatonine - Travailleurs de nuit o Sommeil trop court (5h - 6h) o Éveils fréquents o Non-récupérateur o Fatigue et somnolence durant l’éveil o Cause : phase circadienne inadéquate pour sommeil de jour o Perturbation du processus de sécrétion de mélatonine o Long terme § Néfaste pour santé Réduction immunité Risque accru d’accident - Syndrome de l’oiseau de nuit/de délai de phase o Insomnie soir § Endormissement 3 – 4h A.M § Réveil difficile o En vacances § Endormissement entre 2h – 6h du matin § Réveil entre 11h et 15h o Pas de difficulté à maintenir sommeil o Sommeil court si obligations sociales o Somnolence diurne associée à privation de sommeil 11 o Plus fréquent chez jeunes § 7% adolescents o Structure du sommeil normal une fois enclenché § Pas une mauvaise hygiène de sommeil o Horloge biologique en retard § Maximum somnolence bcp plus tard o Traitements § Photothérapie (matin) /mélatonine (début de soirée) § Somnifères non-efficaces sauf à très hautes doses Effet rebond o Tempérament inné - Syndrome de l’oiseau du matin/avance de phase o Forte somnolence en soirée o Incapacité à retarder l’endormissement § Au volant/en public o Éveil prématuré le matin o Pas de difficulté à maintenir le sommeil o Couché entre 18h et 20h o Éveil final avant 5h o Très rare o Généralement chez personnes âgées o Traitement : § Mélatonine le matin pour prolongement du sommeil o Compromet pas activités journalières, au contraire. Mesures subjectives de rythmes circadiens - Questionnaires o Vie socio-professionnelle o Hygiène de vie/santé o Habitat 12 o Habitudes de sommeil o Agenda de sommeil § Permet d’identifier la nature du sommeil/schémas répétitifs § Utile au médecin pour déterminer traitement adapté § Patient inscrit périodes de sommeil et qualité de l’éveil (en forme VS fatigué au matin) - Échelles o Somnolence § Epworth Scale of Drowsiness o Insomnie § Pittsburgh Scale of Insomnia o Anxiété et dépression § Beck Depression Inventory Mesures objectives du rythmes circadiens - Polysomnographie o Ensemble des mesures objectives du sommeil - Actigraphie o Enregistrement des mouvements sur longues périodes o Actimètre (ou Actigraphe) § Appareil portable § Poignet du bras non-dominant § Peut déterminer éveil/sommeil § Mesure activité motrice § Pas utile pour insomnie qui reste couché à réfléchir § Aujourd’hui intégré au Fitbit/Apple Watch § Comportent souvent photomètre qui mesure exposition à la lumière (lecture/télévision la nuit) - Exposition à la lumière 13 - Électroencéphalographie - Électrooculographie - Électromyographie - Thermistance nasale : flux aérien nasal - Sangle thoracique : activité respiratoire (pléthysmographie) - Saturation en oxygène dans le sang - Mesure du taux de mélatonine/cortisol o Échantillon de salive - Mesure température corporelle - Permet de connaître rythmes endogènes de la personne. Architecture du sommeil - Bandes de fréquences de l’EEG o Gamma (31 – 100 Hz) § Éveil o Bêta (14 à 30 Hz) : § Activation globale du cortex pendant l’éveil o Alpha (8 à 13 Hz) : § Éveil calme souvent les yeux fermés o Thêta (4 à 7 Hz) : § Certains états de sommeil o Delta (< 4 Hz) : § Sommeil profond - Rythmes de basses fréquences et de grandes amplitudes o Sommeil sans rêve ou coma 14 - Rythmes de hautes fréquences et de faibles amplitudes o Vigilance, éveil, sommeil paradoxal (rêve) - Plus fréquence diminue, plus amplitude augmente - Éveil o Gamma o Bêta o Alpha - Sommeil paradoxal o Gamma o Bêta Stades du sommeil o Stade 1 § Alpha et thêta § Prédominance progressive des ondes thêta § Cogne des clous 15 § Yeux roulent tranquillement (EOG) § EMG faible § ECG et respiration ralentissent § Sommeil léger, éveil facile § Très court o Stade 2 § Thêta et fuseaux de sommeil Entre 8 et 15Hz (alpha) Générées par thalamus § Complexe K Ondes de grande amplitude Bipolaires Apparition sporadique parmi ondes thêta § Fuseaux de sommeil et complexes K très importants dans la mémoire § EOG faible § EMG faible § ECG et respiration lents § 5 – 15 min o Stade 3 § Delta (0,5 – 4Hz) § 20 – 50% d’ondes lentes (

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