Caractérisation de la photoréception non-visuelle chez l'homme

Characterisation of non-visual photoreception in humans

• Auteur / Autrice : Abhishek Sokappadu Prayag
• Direction : Claude Gronfier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 26/07/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cellule Souche et Cerveau (Bron)
• Jury : Président / Présidente : Anne Didier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Gronfier, Sophie Jost
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Victoria L. Revell, Christian Cajochen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électroencéphalographie

Mélatonine

Photobiologie

Lumière

Mots clés libres

Lumière

Réponses non-visuelles

Mélanopsine

EEG

Mélatonine

Cognition

Circadien

Photoréception

Light

Non-visual responses

Melanopsin

EEG

Melatonin

Cognition

Circadian

Photoreception

Résumé

Chez l'homme, la lumière influence 1) les rythmes circadiens, 2) le cycle veille-sommeil, et 3) active les fonctions non-visuelles. La rétine qui reçoit et traite l’information lumineuse possède des caractéristiques uniques de sensibilité à la lumière qui dépendent de la longueur d'onde. Elle se compose de photorécepteurs visuels (cônes S-, M-, ou L-) présentant une sensibilité au bleu, vert, et rouge et des photorécepteurs non-visuels (les cellules ganglionnaires à mélanopsine, ipRGCs) sensible à 480nm. Peu d'études ont étudié l'impact de lumières colorées sur les fonctions non-visuelles. De telles études ont utilisées des lumières monochromatiques de longue durée, administrées après les horaires normaux de coucher, avec une pupille dilatée. Cela contraste avec l'exposition à la lumière ambiante. Comment celle-ci influence la dynamique des réponses non-visuelles et est-ce que leur intensité ou leur composition de couleur influe sur les rythmes circadiens n'est toujours pas élucidée.Nous avons étudié les effets d’une lumière polychromatique sur les dynamiques de l'activité corticale (EEG), le réflexe pupillaire, la suppression de la mélatonine, la fréquence cardiaque, la température et les performances neurocomportementales. 28 sujets hommes ont été exposés à 4 stimuli lumineux de 50 min, entre 19-2300 h. Les stimuli avaient une contribution mélanopique différente, mais une densité de photons identique de 10e14 photons/cm²/s. Cela nous a permis de disséquer les contributions relatives des photorécepteurs non-visuels/visuels dans les fonctions non-visuelles. Dans une seconde étude, les photorécepteurs et niveaux de lumière nécessaires pour 1) initier et saturer la suppression de la mélatonine et 2) les plages actives ont été calculés. Ces résultats ont des implications dans notre compréhension des effets d’une exposition à la lumière artificielle sur la veille et le sommeil et les troubles du rythme circadien tels que le syndrome du retard de phase

In humans, light influences 1) circadian rhythms, 2) sleep-wake cycle, and 3)activate non-visual functions. While white bright light studies provide insight on the effect of light per se, the retina consists of visual photoreceptors (S-M-L cones) exhibiting sensitivity in blue, green, red colour range and non-visual photoreceptors (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGCs) most sensitive at 480nm. Few studies investigated the impact of coloured light corresponding to the different photoreceptors on light-dependent physiology. Such studies employed long duration monochromatic light, administered past normal bedtimes, after pupil dilator application. This contrasts with real-life light exposure. Furthermore, the link between light, non-visual responses and sleep-wake cycle has not been dynamically assessed. How ambient light influences the kinetics of non-visual responses and whether their intensity or colour impacts circadian rhythms is still unclear.We investigated polychromatic light exposure on the kinetics of cortical activity (EEG), pupillary light reflex, melatonin suppression, heart rate, temperature and neurobehavioral performances in humans. In a first study, 28 males were exposed to 4 light pulses of 50 min each from 19-2300 h. Light pulses had different melanopic contribution but identical photon density of 1014 photons/cm²/s. This allowed us to dissect relative contributions of non-visual/visual photoreceptors on light-dependent physiology and wakefulness markers. In a second study, we determined the sensitivity and thresholds of nocturnal melatonin suppression by light and the photoreceptors involved. Light levels needed to 1) initiate suppression, 2) saturation and 3) the active ranges were calculated. These findings have implications in our understanding of artificial light exposure on the sleep-wake cycle and circadian rhythm disorders such as delayed sleep phase disorder