Déconnexion de l'environnement extérieur lors de la phase d'endormissement, sur le plan cérébral et comportemental

A cerebral and behavioral analysis of the disconnection from the environment during sleep onset period

• Auteur / Autrice : Jade Senechal
• Direction : Delphine Oudiette
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau et de la moelle épinière
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Normal and Abnormal Motor Control: Movement Disorders and Experimental Therapeutics

Mots clés

Mots clés libres

Sommeil

Eeg

Réponses comportementales

Traitement auditif

Conscience

Sleep

Eeg

Behavioral responses

Auditory processing

Consciousness

Résumé

La phase d'endormissement est problématique chez une partie de la population qui souffre d'insomnie ou de somnolence diurne excessive. Pourtant, le passage de l'éveil au sommeil est peu étudié par les scientifiques. La période d'endormissement s'accompagne de nombreuses modifications physiologiques (ralentissement de l'activité cérébrale, relâchement musculaire, mouvements oculaires lents), mais aussi comportementales (perte de réponse aux stimuli extérieurs) et phénoménologiques (rêves) 1,2. La classification internationale des états de vigilance ne permet pas de capturer finement la dynamique de ces modifications. En effet, elle se base uniquement sur des critères physiologiques (EEG, EMG, EOG) mesurés sur quelques électrodes et des époques arbitraires de 30s pour définir des stades (éveil, N1, N2, N3, sommeil paradoxal). L'endormissement est alors résumé au stade N1. Cependant, des rêves peuvent survenir à l'éveil (avant le N1) et des réponses comportementales sont encore possibles en N1, voire en N2 1,2,3, ce qui remet en question notre définition actuelle de la phase d'endormissement. Mon projet vise à mieux caractériser la phase d'endormissement chez l'Homme en se basant sur la dimension comportementale du sommeil. Mes objectifs sont de : 1) tester la prévalence des fenêtres de réactivité comportementale pendant les stades traditionnels de sommeil et les marqueurs cérébraux associés à la présence/absence de réponse et 2) déterminer si la (dé)connexion au monde extérieur influence la génération de perceptions internes (les rêves)ou si ces processus sont indépendants. Dans la première étude, 40 sujets sains réaliseront, durant une nuit complète de sommeil, une tâche de décision lexicale auditive similaire à une étude précédente réalisée par mon équipe d'accueil 3: les participants devront froncer les sourcils ou sourire en réponse à des mots ou à des pseudo-mots (réponses comportementales mesurées via EMG). Nous testerons : i) comment le taux de réponses varie en fonction du stade de sommeil et de la distance à l'éveil, ii) si des marqueurs EEG de richesse cognitive 4 (puissance spectrale, connectivité et complexité du signal), mesurés avant le stimulus, prédisent la survenue d'une réponse. Notre hypothèse est que la cessation des réponses comportementales ne se fait pas nécessairement en N1 mais plutôt lorsqu'il y a une diminution des marqueurs EEG de richesse cognitive, à un moment/stade variable d'un individu à l'autre.. Dans mon second projet, nous utiliserons un paradigme ‘cocktail party' 5, au cours duquel 40 participants entendront deux flux de parole, l'un informatif et l'autre dépourvu de sens. Leur tâche sera de prêter attention au discours informatif et froncer les sourcils à l'apparition d'un mot cible. Ils seront réveillés toutes les 15 minutes et nous leur demanderons de rapporter leur contenu mental juste avant l'alarme. Notre hypothèse est que l'apparition de percepts internes (rêves) engendrera une perte d'attention aux percepts externes et un taux de réponses réduit. Ce projet devrait permettre de mieux comprendre la dynamique des fluctuations cérébrales, comportementales et phénoménologiques pendant la période d'endormissement. Ce travail pourrait avoir un impact clinique important en permettant une évaluation plus fine de l'endormissement et de ses troubles.

The sleep onset period is problematic for some people who suffer from insomnia or excessive daytime sleepiness. Despite this, the transition from wakefulness to sleep is not widely studied by scientists. This period involves numerous physiological changes (slowing of brain activity, muscle relaxation, slow eye movements), as well as behavioral (loss of response to external stimuli) and phenomenological (dreams) changes. The international classification of vigilance states does not accurately capture the dynamics of these changes. It relies solely on physiological criteria (EEG, EMG, EOG) measured from a few electrodes and arbitrary 30-second epochs to define stages (wakefulness, N1, N2, N3, REM sleep). As a result, the sleep onset period is simply summarized as stage N1. However, dreams can occur during wakefulness (before N1), and behavioral responses are still possible in N1, and even in N2. This challenges our current definition of the sleep onset period. My project aims to better characterize the sleep onset period in humans by focusing on the behavioral dimension of sleep. My objectives are: 1) to test the prevalence of behavioral reactivity windows during traditional sleep stages and identify the cerebral markers associated with the presence or absence of responses, and 2) to determine if the (dis)connection to the external world influences the generation of internal perceptions (dreams) or if these processes are independent. In the first study, 40 healthy subjects will perform an auditory lexical decision task during a full night of sleep, similar to a previous study conducted by my host team. Participants will have to frown or smile in response to words or pseudo-words (behavioral responses measured via EMG). We will examine: i) how the response rate varies according to the sleep stage and the proximity to wakefulness, and ii) whether EEG markers of cognitive richness (spectral power, connectivity, and signal complexity), measured before the stimulus, predict the occurrence of a response. Our hypothesis is that the cessation of behavioral responses does not necessarily occur in N1, but rather when there is a decrease in EEG markers of cognitive richness, at a variable point/stage for each individual. In my second project, we will use a 'cocktail party' paradigm, where 40 participants will hear two speech streams, one informative and the other meaningless. Their task will be to pay attention to the informative speech and frown at the appearance of a target word. They will be awakened every 15 minutes and asked to report their mental content just before the alarm. We hypothesize that the emergence of internal percepts (dreams) will lead to a loss of attention to external percepts and a reduced response rate. This project aims to provide a better understanding of the dynamics of cerebral, behavioral, and phenomenological fluctuations during the sleep onset period. This work could have a significant clinical impact by enabling a more refined assessment of the sleep onset period and its disorders.