• Aucun résultat trouvé

Le sommeil : microarchitecture, oscillations cérébrales et consolidation mnésique. Etude électrophysiologique in vivo chez la souris

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Partager "Le sommeil : microarchitecture, oscillations cérébrales et consolidation mnésique. Etude électrophysiologique in vivo chez la souris"

Copied!
325
0
0

Texte intégral

(1)

HAL Id: tel-01811689

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01811689

Submitted on 10 Jun 2018

HAL is a multi-disciplinary open access

archive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

vivo chez la souris

Marie Lacroix

To cite this version:

Marie Lacroix. Le sommeil : microarchitecture, oscillations cérébrales et consolidation mnésique. Etude électrophysiologique in vivo chez la souris. Neurosciences [q-bio.NC]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2016. Français. �NNT : 2016PA066098�. �tel-01811689�

(2)

���������������������������������

�������������������������������������������������������

������������������������������������������������������

���������������������������������������������

�������������������������������������

���������������������������������������������������

������������������

�����������������������������������

�����������������������������

���������������������������������������������������

�����������������������������

����������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������

(3)
(4)

���������������������������������������������������������������������������������

(5)

���������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������� � ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������� �������������������������� � ����������� �������� ���������� ���� ���������� ��� ��������� ������ ������� ��������� ����� ��� �������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������� ������������� �� ��� �� ���� ��������� ������� ��� ��������� ���� ���������� ����� ����� �������� ���� ���������� ������� �� ������ ������ �� ���� ���� ����� ������� ��� ���������� ��� �������� ������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������� � ��������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������ � ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������� ������������������������������������������������������������������������������

(6)

��������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������ ������� ��� ���� ������ ����������� ����� ������ �������� �� ������ ���� �������������� ���� ����� ���������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������� � ��������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������� ��������� ����� ��� ���� ����� ���� ������� ������� ������������� �� ������ ���� ����� ����� ����� ����������������������������� � ������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������� ������������ ����� ���������������������

(7)
(8)

�������

������������������������������������������������������������������������������������������ �������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������� ��������� ��� ��� ���������� ������� ��� �������� ��������� ���� ������������ ������� ��� �������� ����� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ���������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������� � ������������������������������������������������������������������������������������������ ��������� ���� ������������� ���� ��������� ��� ���� ������ ������ ����� ��� �������� ���� ������ ��� ���� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������� � ���������������������������������������������������������������������������������������� ����� ����������� �������� ����� ��� �������� ���������� ���� ������� ��� ������� ������� ������ ���������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� ����� ����������� ���� ������������ ��������� �� ��� ��������� ��� ���������� ������ ��� �������������� ��������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ����� �������������� ��� ����� ������������ ��������� ����� ��� �������� ���� ����� �������� �� ��� ���������� �������������������������������������������������������� � ������������������������������������������������������������������������������������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������ � � ���������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ��������������������������������������������������������������������������������������������� ��������� �������� ����� ������������� ���� ������������ ��� �������� ����� ��� �������� ����������� ��� ������������ ����� ���� ������������� ������ ���� ������������� ����������� ��� �������� ����������� ����� ��� �������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������� �

(9)

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

I-

Introduction Partie 1 : Sommeil et rythmes cérébraux ... 4

����

�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

I-1-a

Définition, origine et importance du sommeil ... 6

Définition du sommeil ... 6

Définition des cycles de sommeil ... 8

Fonctions du sommeil : indices provenant de l’étude phylogénétique ... 8

Fonctions du sommeil : les déficits induits par la privation de sommeil ... 12

I-1-b

Physiologie et régulation du sommeil ... 14

Réseaux cérébraux responsables de l’éveil, du REM et du NREM ... 14

Modulation et régulation des états de sommeil : Facteurs humoraux ... 18

Modulation et régulation des états de sommeil : le rythme circadien ... 20

Modulation et régulation des états de sommeil : Facteurs physiologiques ... 24

Qualité du sommeil, troubles du sommeil et pathologies ... 25

����

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������

I-2-a Caractéristique d’un cycle de sommeil ...28

Les différentes phases d’un cycle de sommeil ...28

Cyclic alternative patterns ... 30

Les rythmes cérébraux et leur importance ... 32

I-2-b

Spécificité des sous-stades de sommeil chez l’animal ... 34

Différenciations de sous-stades chez l’animal ...34

Raisons putatives pour un manque de consensus ... 35

I-2-c

Régulation de la microarchitecture du sommeil : processus homéostatiques ... 38

Homéostasie du sommeil et NREM ... 38

Contrôle homéostatique ou oscillatoire du REM ... 42

Homéostasie neuronale ... 44

����

����������������������������������������������������������������������������������������������������������

I-3-a

Origine et implication des rythmes cérébraux ... 48

Le potentiel de champ local ... 48

Les sources et puits de courants ... 50

I-3-c

Genèse des rythmes du sommeil ... 52

Les spindles ... 52

Les ondes lentes ... 54

Les ripples ... 56

Le thêta du REM ... 58

I-3-b

Le rythme respiratoire et le bulbe olfactif durant le sommeil ... 60

La respiration et sa régulation ... 60

Anatomie du circuit olfactif et couplage à la respiration ... 62

Respiration, bulbe olfactif et sommeil ... 66

Sommeil, olfaction et dépression ... 68

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

(10)

II-

Introduction Partie 2 : Mémoire et Sommeil ... 76

���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

II-1-a Historique de l’étude de la mémoire ... 76

A la recherche de l’engramme ... 78

La classification de la mémoire chez l’homme ... 80

Classification de la mémoire chez l’animal ... 82

Double dissociation chez l’homme et chez l’animal ... 84

II-1-b Le système limbique ... 86

Anatomie de l’Hippocampe ... 86

Système de récompense : VTA et NAcc ... 88

Dialogue dans le système limbique ... 90

II-1-c Substrat et manipulation de l’engramme ... 92

Le substrat de l’engramme ... 92

Consolidation mnésique ... 94

Manipulation de l’engramme ... 98

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

II-2-a Historique du rôle mnésique du sommeil ... 102

Rôle bénéfique du sommeil pour l’apprentissage ... 102

Les effets de la privation de sommeil ... 104

Modification du sommeil par l’apprentissage ... 104

II-2-b Homéostasie synaptique durant le sommeil ... 108

II-2-c Apprentissage durant le sommeil ... 110

Le sommeil et l’insight ... 110

Création d’une nouvelle mémoire pendant le sommeil ... 110

Plasticité durant le sommeil ... 112

�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

II-3-a Hippocampe et navigation spatiale ... 116

Les cellules de lieu ... 116

L’information spatiale ... 118

Autres cellules de l’espace ... 120

II-3-b le rôle causal des cellules de lieu ... 122

Modification de l’activité des cellules de lieu par le comportement ... 122

Modification du comportement après modification des cellules de lieu ... 122

Le mind-travelling ... 124

II-3-c Les cellules de lieu durant le sommeil ... 126

Réactivation des assemblées cellulaire ... 126

Causalité des réactivations neuronales ... 128

Le sommeil, un prisme pour l’étude de la mémoire ... 130

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

III-

Résultats Partie 1 : Création d’une préférence de place durant le

sommeil,

implication pour la compréhension de la mémoire spatiale ... 136

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

(11)

Nouvelle association lieu-récompense durant le sommeil ... 168

Mémoire explicite et comportement dirigée vers un but ... 170

IV-

Résultats Partie 2. Microarchitecture du sommeil, description d’une

nouvelle

classification des états de vigilance chez la souris ... 176

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

Implantation des électrodes ... 180

Session de sommeil ... 180

Acquisition des signaux électrophysiologiques et vidéo ... 180

Enregistrement de la respiration par pléthysmographe ... 182

Acquisition wifi des signaux électrophysiologiques (pléthysmographe) ... 182

Détection et clusterisation des spikes ... 182

Analyse sur l’activité neuronale ... 184

Détection des ripples. ... 184

Spectres de puissance et quantification du rythme delta ... 184

Détection des spindles. ... 186

Détection des périodes oscillantes du sommeil. ... 186

Base de donnée chez l’homme ... 186

����

�������������������������������������������������������������������������������������

IV-1-a. Développement d’une méthode de scoring des stades de NREM ... 188

Différenciation classique entre éveil, REM et NREM ... 188

Définition du N3 comme forte densité d’ondes delta ... 192

Détection des périodes oscillantes N2/N3 ... 194

Résumé de la méthode ... 196

IV-1-b. Caractéristiques générales des sous-stades de NREM ... 198

Durée totale des sous-stades de NREM ... 198

Variabilité interindividuelle et intra individuelle de la durée des états ... 198

Les rythmes du sommeil ... 198

Qu’est-ce que le N1 ? ... 202

Changement de l’activité neuronale ... 202

IV-1-c. Dynamique des sous-stades de sommeil ... 208

Durée moyenne d’un épisode ... 208

Probabilité de transition ... 208

Spectres de transition ... 210

����

����������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

IV-2-a. Macrostructure des différents sous-stades du sommeil ... 212

Corrélation entre la durée globale des états ... 212

IV-2-b Processus homéostatique ... 214

Evolution des sous-stades au cours de la « nuit de sommeil » ... 214

Quantification de la diminution du rythme delta au cours du sommeil ... 216

Evolution de l’activité neuronale au cours du temps de sommeil... 216

IV-2-c. Coordinations des rythmes ... 220

Cross-Corrélogrammes entre spindles, onde delta et ripples ... 220

(12)

IV-2-d. Communication entre hippocampe et cortex préfrontal ... 222

���� �������������������������������������������������������������������������������������������������������

IV-3-a Détecter les états de vigilance à partir du Bulbe Olfactif ... 224

Le rythme gamma : différence éveil - sommeil ... 224

Méthode de scoring du sommeil ... 226

Avantages de la méthode ... 226

Exemples d’application de cette méthode ... 226

IV-3-b Le rythme respiratoire du Bulbe olfactif et les états de vigilance ... 230

Le rythme respiratoire du Bulbe Olfactif ... 230

La respiration au cours des états de vigilance et gating ... 232

Sous-stades de NREM et oscillations lentes dans le BO ... 234

IV-3-c La cohérence entre BO et Cortex au rythme delta ... 236

Modulation du cortex préfrontal par le LFP du BO ... 236

Cohérence entre respiration, BO et cortex ... 236

Causalité de Granger ... 238

�������������������������������������������������������������������������������������������������������

IV-4-a Le BO comme moteur de l’activité neuronale corticale ... 238

Modulation des neurones du cortex préfrontal par le BO ... 240

Modulation des ondes delta et états Down par le LFP du BO ... 242

IV-4-b Homéostasie des oscillations delta du BO ... 244

Décroissance des oscillations lentes du BO durant le sommeil ... 244

Lien entre homéostasie des oscillations lentes et sous-états de NREM ... 246

IV-4-c Cycles du sommeil et oscillations du BO ... 248

Décroissance de l’amplitude des oscillations du OB au sein d’un cycle de sommeil ... 248

Décroissance locale et décroissance globale ... 250

����������������������������������������������������������������������������������������������������������

IV-5-a conservation de l’organisation globale des cycles de sommeil ... 252

Evolution globale des phases de sommeil ... 252

Des cycles de sommeil ... 252

Evolution des cycles au cours de la nuit de sommeil ... 254

IV-5-b conservation de la dynamique de changement de phase ... 256

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

L’homéostasie globale du sommeil (macroarchitecture)... 260

L’homéostasie locale du sommeil (cycle de sommeil) ... 264

L’homéostasie ultrarapide (switch) ... 264

Différencier le sommeil pour étudier la consolidation mnésique ... 266

Conclusion

générale ... 270

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

Article publié : l’organisation interne des cellules de direction de la tête ... 278

Article publié : Modulation des oscillations lentes du bulbe olfactif par les astrocytes ... 285

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

(13)

1

(14)

���������������������������

����������������������������

(15)

� � � �

(16)

��������������������������������������������������������

� ������������������������������������������������������������������������������������������ ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������� ���� ����������� ��� ����� ��� ��������������� ��� ���� ��������� ��� ������� ���� ����������� ������������ ���������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������� � � ������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������� ��������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������� ���������������������������� � �������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������� ��� ������������� ���� ���������� ��� ����������� ����� ��� ������� ������������ ���� ����������� ��������������������������������������������������������������������� �� �

(17)

(18)

����� ���������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������� ����������� ������ ����� ���� �������� �������������� ��� ����� �������� ��������� ��� ������ ����������� ������������� ��� ��� ������������ ��� ��� �������� ������������ ��������� ������� ��������� ��� ��������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������ ����������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������ ����������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ����������������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������� �

����������������������������������������������������

�����������������������

������������������������������������������������������������������������������������ ���������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������ ���������������������������������������������������������������������������������������� ����� ��� �������� ������ �� ������ ��� ���� ������� ��� �� �� ��� �� ��� �� ���������������� �� ��� ������ ���������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ������ ������ ����������� ��� ���������� �������� ����� �������� ���� ������������������ ������ �� ����� ����������������� ��������� ��� ����������� �������������������������� ������� �������������������� ���������������������������������������������������������������������������������

(19)

� � � � � � � � � � � � � � � � ��������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������� ���� ���� �������� ��� ������� ������ ��� ��� ������� ���� �������� ���� ����� ������� ���� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������� ���������������������������������������� ����������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ��������������������������������������������������������������������������

(20)

����� ��������� �������� ��� ������������ ���� ��� �������� ����������� ���� ������ ���������� ���� �������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������� ��� ����������� ���������� ������� ��� �������� ���� ���� ���� ����� ��� ��������� ��������� ��� ����������� �������� ���� ����� ��������� ���� ������ ���� ���� ������ ��� ���� ���� ������ ������ ���� �������������������������������������������������������������������������������������������������� ������ ������� ��� ����� ������� ��� �������� �� ��� �������� ��������� ������� ���� ������� ���������� ��� ���� �������������������������������� � ���������������������������������������������������������������������������������������� ���� ������ ��� ������ ���������� ����� ��� ������� ����������� ������ ���� ������ ������� ��� ����� ���� ���������� ������� ����� ��� �������� ��������������� ����� ������������ ������� ��� ������ ����� ����� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������

����������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������

��������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� �����������������������������������

Figure

Figure 3  Pairing MFB stimulations to place cell activity during sleep leads  to a goal directed behavior upon awakening

Références

Documents relatifs

To test whether the vesicular pool of Atat1 promotes the acetyl- ation of -tubulin in MTs, we isolated subcellular fractions from newborn mouse cortices and then assessed

Néanmoins, la dualité des acides (Lewis et Bronsted) est un système dispendieux, dont le recyclage est une opération complexe et par conséquent difficilement applicable à

Cette mutation familiale du gène MME est une substitution d’une base guanine par une base adenine sur le chromosome 3q25.2, ce qui induit un remplacement d’un acide aminé cystéine

En ouvrant cette page avec Netscape composer, vous verrez que le cadre prévu pour accueillir le panoramique a une taille déterminée, choisie par les concepteurs des hyperpaysages

Chaque séance durera deux heures, mais dans la seconde, seule la première heure sera consacrée à l'expérimentation décrite ici ; durant la seconde, les élèves travailleront sur

A time-varying respiratory elastance model is developed with a negative elastic component (E demand ), to describe the driving pressure generated during a patient initiated

The aim of this study was to assess, in three experimental fields representative of the various topoclimatological zones of Luxembourg, the impact of timing of fungicide

Attention to a relation ontology [...] refocuses security discourses to better reflect and appreciate three forms of interconnection that are not sufficiently attended to