Phénotypage numérique au service d'une approche évaluative et interventionnelle du sommeil en population générale et clinique

Digital phenotyping for an evaluative and interventional approach of sleep in the general and clinical population

• Auteur / Autrice : Julien Coelho
• Direction : Pierre Philip
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sommeil, Addiction et Neuropsychiatrie
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe d'étude Neuro-psychopharmacologique du sommeil, de la somnolence et de l'attention

Mots clés

Mots clés libres

Sommeil

Eveil

Circadien

Phénotype

Comportements

Médecine de précision

Sleep

Arousal

Circadian

Phenotype

Behaviors

Precision medicine

Résumé

Le sommeil et l'éveil sont des fonctions physiologiques fondamentales pour la santé mentale et physique. Ils se définissent comme des « états comportementaux récurrents, endogènes, reflétant les changements coordonnés dans l'organisation fonctionnelle dynamique du cerveau et optimisant la physiologie, le comportement et la santé ». Cette définition est celle retrouvée dans le projet de recherche de neurosciences translationnelle intitulé « Research Domain Criteria » (RDoC). Le projet RDoC identifie 5 domaines de fonctionnement neurocognitifs fondamentaux pour aborder les troubles mentaux et du cerveaux, dont un des domaines est le sommeil et l'éveil [1]. Les dysfonctionnements du sommeil et de l'éveil peuvent être abordés comme des perturbations dans l'implémentation des fonctions par les circuits neuronaux, ils peuvent être identifier à l'aide des nouveaux outils applicables au champ des neurosciences et il est possible d'identifier de nouvelles biosignatures qui augmentent les possibilités préventives, diagnostiques, pronostiques, thérapeutiques. Les marqueurs identifiés par les outils de phénotypages numériques développés en neurosciences présentent l'avantage d'être des variables écologiques (lié au comportement réel des individus sous l'influence de leur environnement géophysique, social et sociétal), continues (appartenant à l'ensemble du spectre comportemental humain), longitudinales (collecté sur de longues périodes). Les outils numériques constituent alors non seulement une alternative performante pour l'évaluation et la promotion du sommeil mais représentent également un axe innovant dans la compréhension des mécanismes biologiques sous-jacents aux troubles mentaux et du cerveaux [2]. En effet le recueil de marqueurs physiologiques (chronotype, durée, efficacité de sommeil…), comportementaux (jetlag social, siestes, temps passé au lit, …) et symptomatiques (plaintes d'insomnie et de somnolence déclarées) permet d'évaluer directement les mécanismes cérébraux des processus homéostatiques et circadiens qui régulent la propension au sommeil et à l'éveil. Les altérations du sommeil (insomnie) et de l'éveil (somnolence) d'un individu, son chronotype (différences individuelles dans la phase, c'est-à-dire moment de sommeil ou d'éveil, du matin ou du soir), ainsi que les décalages de phase entre ses rythmes endogènes et ses rythmes environnementaux ou sociaux sont autant de paramètres neurocomportementaux mesurables en utilisant des outils numériques validés par les neurosciences. Ces outils pourront intervenir aussi bien à des stades de prévention et de traitement et permettront d'approfondir les connaissances des déterminants du sommeil et de l'éveil pour les troubles mentaux et du cerveau, de développer des modalités innovantes de soins et de prévention et d'intégrer ces nouvelles modalités chez les patients et en population générale. La caractérisation des phénotypes de sommeil et d'éveil est indispensable dans ces perspectives d'évaluation, de promotion et de compréhension de la santé du sommeil et de ses liens avec la santé mentale et physique. Le projet de thèse se réalisera dans le cadre des travaux de l'équipe SANPSY du CNRS (UMR 6033) [3–5], en s'appuyant sur le programme de recherche en santé numérique KANOPÉE [6,7] et les futurs projets du PEPR PROPSY et du PEPR Santé Numérique. L'architecture de ce projet ambitieux s'appuiera sur 3 objectifs complémentaires, intégrés dans une recherche interdisciplinaire combinant la santé numérique et les neurosciences cliniques : - Déterminer des biomarqueurs basés sur les paramètres physiologiques, comportementaux et symptomatiques du sommeil et de l'éveil et plus spécifiquement sur les données relatives au rythme circadien et au chronotype. - Analyser les interactions entre ces biomarqueurs et la modélisation des mécanismes des troubles mentaux et du cerveaux s'appuyant sur des analyses utilisant l'IA afin d'élaborer des interventions de précision. - Étudier la capacité de ces interventions à modifier les paramètres physiologiques, comportementaux ou symptomatiques du sommeil et l'éveil afin d'améliorer la santé mentale et physique. Ce projet s'intègre largement dans les défis du projet BRAIN_2030, l'un des sept « Grands Programmes de Recherche » de l'Université de Bordeaux : - Défi 1 : développer de nouvelles neuro-technologies disruptives dont des solutions numériques qui permettront d'étudier et de mieux comprendre le système nerveux. - Défi 4 : décrypter les bases biologiques des maladies mentales, en particulier le sommeil et les troubles mentaux et du cerveau. Il s'articulera en particulier avec les sous-projets NEUROTECHNOLOGIES et ADAPSY qui ont pour objectif de développer des outils innovants afin d'identifier de nouveaux biomarqueurs pronostiques du comportement physiologique et pathologique pour développer une médecine de précision dans les troubles mentaux et du cerveaux, grâce notamment à l'intégration de l'expertise préclinique et clinique complémentaire du Neurocampus. Références [1] Cuthbert BN, NIMH RDoC Workgroup. The RDoC framework: continuing commentary. World Psychiatry Off J World Psychiatr Assoc WPA. 2014 Jun;13(2):196–7. [2] Torous J, Onnela JP, Keshavan M. New dimensions and new tools to realize the potential of RDoC: digital phenotyping via smartphones and connected devices. Transl Psychiatry. 2017 Mar;7(3):e1053–e1053. [3] Coelho J, Lopez R, Richaud A, Buysse DJ, Wallace ML, Philip P, et al. Toward a multi-lingual diagnostic tool for the worldwide problem of sleep health: The French RU-SATED validation. J Psychiatr Res. 2021 Nov 1;143:341–9. [4] Coelho J, Micoulaud-Franchi JA, Wiet AS, Nguyen D, Taillard J, Philip P. Circadian misalignment is associated with Covid-19 infection. Sleep Med. 2022 May 1;93:71–4. [5] Coelho J, Lopez R, Taillard J, D'Incau E, Fond G, Philip P, et al. An Ultra-Short Measure of Excessive Daytime Sleepiness Is Related to Circadian Biological Rhythms: The French Psychometric Validation of the Barcelona Sleepiness Index. J Clin Med. 2022 Jul 4;11(13):3892. [6] Philip P, Dupuy L, Sagaspe P, de Sevin E, Auriacombe M, Taillard J, et al. Efficacy of a Smartphone-Based Virtual Companion to Treat Insomniac Complaints in the General Population: Sleep Diary Monitoring Versus an Internet Autonomous Intervention. J Clin Med. 2022 Jul 28;11(15):4387. [7] Philip P, Dupuy L, Morin CM, de Sevin E, Bioulac S, Taillard J, et al. Smartphone-Based Virtual Agents to Help Individuals With Sleep Concerns During COVID-19 Confinement: Feasibility Study. J Med Internet Res. 2020 Dec 18;22(12):e24268.

Sleep and arousal are fundamental physiological functions for mental and physical health. They are defined as “endogenous, recurring, behavioral states that reflect coordinated changes in the dynamic functional organization of the brain and that optimize physiology, behavior, and health'. This definition is the one found in the translational neuroscience research project entitled “Research Domain Criteria” (RDoC). The RDoC project identifies 5 domains of neurocognitive functioning fundamental to address mental and brain disorders, one of the domains of which is sleep and arousal [1]. Sleep and arousal dysfunctions can be approached as disturbances in the implementation of functions by neural circuits, they can be identified using new tools applicable to the field of neurosciences and it is possible to identify new biosignatures that increase preventive, diagnostic, prognostic and therapeutic possibilities. The markers identified by digital phenotyping tools developed in neuroscience have the advantage of being ecological variables (linked to the actual behavior of individuals under the influence of their geophysical, social and societal environment), continuous (belonging to the set behavioral spectrum), longitudinal (collected over long periods of time). Digital tools therefore constitute not only a powerful alternative for the evaluation and promotion of sleep but also represent an innovative axis in the understanding of the biological mechanisms underlying mental and brain disorders [2]. Indeed, the assessment of physiological (chronotype, duration, sleep efficiency, etc.), behavioral (social jet lag, naps, time spent in bed, etc.) and symptomatic markers (complaints of insomnia and drowsiness declared) makes it possible to directly assess the brain mechanisms of homeostatic and circadian processes that regulate the propensity for sleep and arousal. Alterations in sleep (insomnia) and arousal (drowsiness) of an individual, their chronotype (individual differences in phase, i.e. time of sleep or wakefulness, morning or evening), as well as the phase shifts between its endogenous rhythms and its environmental or social rhythms are all neurobehavioral parameters that can be measured using digital tools validated by neuroscience. These tools will be able to intervene both at the prevention and treatment stages and will make it possible to deepen knowledge of the determinants of sleep and arousal for mental and brain disorders, to develop innovative methods of care and prevention and integrate these new modalities in patients and in the general population. The characterization of sleep and arousal phenotypes is essential in these perspectives of evaluating, promoting and understanding sleep health and its links with mental and physical health. The thesis project will be carried out within the framework of the work of the SANPSY team of the CNRS (UMR 6033) [3–5], based on the KANOPÉE digital health research program [6,7] and the future projects of the PEPR PROPSY and the PEPR Digital Health. The architecture of this ambitious project will be based on 3 complementary objectives, integrated into an interdisciplinary research combining digital health and clinical neurosciences: - Determine biomarkers based on physiological, behavioral and symptomatic parameters of sleep and wakefulness and more specifically on data relating to circadian rhythm and chronotype. - Analyze the interactions between these biomarkers and the modeling of the mechanisms of mental and brain disorders based on analyzes using AI in order to develop precision interventions. - Investigate the ability of these interventions to modify the physiological, behavioral or symptomatic parameters of sleep and wakefulness in order to improve mental and physical health. This project is largely integrated into the challenges of the BRAIN_2030 project, one of the seven “Major Research Programs” of the University of Bordeaux: - Challenge 1: develop new disruptive neuro-technologies including digital solutions that will make it possible to study and better understand the nervous system. - Challenge 4: decipher the biological bases of mental illnesses, in particular sleep and mental and brain disorders. It will be articulated in particular with the NEUROTECHNOLOGIES and ADAPSY sub-projects which aim to develop innovative tools in order to identify new prognostic biomarkers of physiological and pathological behavior in order to develop precision medicine in mental and brain disorders, thanks in particular to the integration of the preclinical and clinical expertise complementary to the Neurocampus. References [1] Cuthbert BN, NIMH RDoC Workgroup. The RDoC framework: continuing commentary. World Psychiatry Off J World Psychiatr Assoc WPA. 2014 Jun;13(2):196–7. [2] Torous J, Onnela JP, Keshavan M. New dimensions and new tools to realize the potential of RDoC: digital phenotyping via smartphones and connected devices. Transl Psychiatry. 2017 Mar;7(3):e1053–e1053. [3] Coelho J, Lopez R, Richaud A, Buysse DJ, Wallace ML, Philip P, et al. Toward a multi-lingual diagnostic tool for the worldwide problem of sleep health: The French RU-SATED validation. J Psychiatr Res. 2021 Nov 1;143:341–9. [4] Coelho J, Micoulaud-Franchi JA, Wiet AS, Nguyen D, Taillard J, Philip P. Circadian misalignment is associated with Covid-19 infection. Sleep Med. 2022 May 1;93:71–4. [5] Coelho J, Lopez R, Taillard J, D'Incau E, Fond G, Philip P, et al. An Ultra-Short Measure of Excessive Daytime Sleepiness Is Related to Circadian Biological Rhythms: The French Psychometric Validation of the Barcelona Sleepiness Index. J Clin Med. 2022 Jul 4;11(13):3892. [6] Philip P, Dupuy L, Sagaspe P, de Sevin E, Auriacombe M, Taillard J, et al. Efficacy of a Smartphone-Based Virtual Companion to Treat Insomniac Complaints in the General Population: Sleep Diary Monitoring Versus an Internet Autonomous Intervention. J Clin Med. 2022 Jul 28;11(15):4387. [7] Philip P, Dupuy L, Morin CM, de Sevin E, Bioulac S, Taillard J, et al. Smartphone-Based Virtual Agents to Help Individuals With Sleep Concerns During COVID-19 Confinement: Feasibility Study. J Med Internet Res. 2020 Dec 18;22(12):e24268.