Lumière, physiologie et comportement : des effets dans l’obscurité dépendants de la couleur de lumière préalablement administrée

Left in the dark : wavelength-dependent post-illumination effects on human physiology and behavior

• Auteur / Autrice : Wisse Van Der Meijden
• Direction : Patrice Bourgin, E.J.W. Van Someren
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 19/09/2018
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Vrije universiteit (Amsterdam)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences cellulaires et intégratives (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Étienne Challet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maarten Kamermans, R. Lasauskaite, A. Kalsbeek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Fliers, Susanne La Fleur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photothérapie

Troubles du sommeil

Effets de la lumière

Cycles biologiques

Cellules ganglionnaires de la rétine

Mots clés libres

Lumière

Effets non-visuels

Couleur de lumière

Physiologie

Comportement

Light

Non-image forming effects

Wavelength-dependency

Physiology

Behavior

Résumé

La lumière influence de manière importante de multiples aspects de notre physiologie et de nos comportements. L’information lumineuse non-visuelle est principalement médiée par un sous-type de cellules ganglionnaires de la rétine (ipRGCs) qui exprime un photopigment, la mélanopsine. La présence de ce photopigment, dont la sensibilité à la lumière est maximale dans le spectre de couleur bleue, rend ces cellules intrinsèquement photosensibles. La lumière exerce, via les ipRGCs, divers effets qui s’observent pendant la période d’exposition lumineuse, mais aussi après l’extinction de la lumière, affectant différents aspects du sommeil humain. Ce travail de thèse s’est intéressé aux effets de la lumière sur la physiologie et le comportement humain survenant après l’extinction de la lumière (post-illumination), en prenant en compte également la variabilité interindividuelle. Nous avons développé et validé un premier outil permettant d’évaluer la phototransduction mélanopsinergique chez l’homme, ce qui ouvre des perspectives d’applications très larges. Nous avons ainsi montré que les mesures obtenues (PIPR) étaient propres à chaque individu et corrélaient par exemple avec le chronotype des sujets. Enfin, nous rapportons un résultat original et novateur en montrant qu’une exposition à une lumière rouge intense facilite dans un deuxième temps (effet post illumination) la propension au sommeil. Enfin, l’ensemble de ces résultats encourage la réalisation de travaux futurs, notamment sur de plus grands échantillons de sujets, afin de mieux comprendre l’influence non-visuelle de la lumière sur la physiologie et le comportement humain. Nos observations incitent également à poursuivre l'évaluation des applications cliniques de la luminothérapie dans le traitement des troubles du sommeil.

The non-image forming effects of environmental light are critically mediated by intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs) that are characterized by their expression of melanopsin, which is a photopigment that is maximally responsive to light in the blue part of the spectrum. The ipRGC-mediated effects of light can typically endure far beyond light offset, with widespread functional consequences, including changes in various aspects of human sleep. The present thesis investigated such sleep-related post-illumination effects in the context of physiology and behavior. In chapter 2 and 3, we presented a post-illumination pupil response (PIPR) after blue light assessment method that yields a robust and feasible estimate of the functionality of an individual’s intrinsic melanopsin-based phototransduction circuitry. In chapter 4, we showed that the PIPR after blue light was more pronounced in individuals with a later sleep timing. Following red light, sleep propensity is promoted, as indicated by our physiological and behavioral findings in chapter 5. Chapter 6 added to chapter 2 and 5 indicating that task demands and mental effort should be taken into account in order to correctly interpret changes in physiological and behavioral reflections of the central and autonomic nervous system. It appears timely to consider large-scale follow-up studies to contribute to the multivariate fingerprint of the non-image forming effects of light on human physiology and behavior and to further evaluate the clinical application of light therapy in the treatment of sleep disorders.