Cours 10 sommeil

Question 1

Le premier EEG humain publié –> aujourd’hui l’eeg

Answer 1

–Aujourd’hui, l’EEG est essentiellement utilisé pour le diagnostic de certains
états pathologiques, particulièrement les crises d’épilepsie et pour l’étude des
différents stades du sommeil.

Question 2

Emplacement des électrodes pour un EEG

Answer 2

Une vingtaine d’électrodes sont placées à des endroits du cuir chevelu et reliées à un amplificateur et enregistrées. Des différences de potentiel d’amplitude sont mesurées entre des paires d’électrodes.

-L’EEG représente la différence de potentiel enregistré entre chacune de ces électrodes et une électrode de référence extracéphalique, c’est-à-dire
non située sur le scalp mais sur le lobe de l’oreille)

Question 3

Champ électrique généré par les courants
synaptiques au niveau des cellules pyramidales

Answer 3

C’est l’activité simultanée de
plusieurs milliers de neurones
qui génère un signal d’EEG
assez fort pour être détecté.

Question 4

La synchronisation de l’activité des cellules corticales génère un EEG

Answer 4

b) Décharge irrégulière
des neurones pas de
signal détectable en
surface.

c) Si les neurones sont
excités simultanément,
les faibles signaux s’additionnent et génèrent un signal à la surface du crâne.

L’amplitude du signal dépend du degré de synchronisation de
l’activité des neurones.

Question 5

Les différents rythmes

Answer 5

Les rythmes sont classés selon leur fréquence et porte le nom d’une lettre grecque.

– rythme delta (d) : lents et grande amplitude: sommeil profond.

– rythmes alpha (α): état de quiétude pendant l’éveil; d’amplitude plus importante dans les aires occipitales.
–> Ouverture des yeux: suppression du rythme α.

– rythmes gamma (y): sont parmi les plus rapides; état d’attention soutenue.

– fuseaux du sommeil: : état de sommeil: stade 2

Question 6

Synthèse des rythmes observés sur EEG

Answer 6

• Généralement, les rythmes de haute fréquence et de faible amplitude sont associés à la vigilance et à l’éveil, ou
  aux phases de rêve du sommeil.
• Les rythmes de basse fréquence et de grande amplitude, correspondent aux
  phases du sommeil sans rêve, ou à l’état pathologique du coma.
• Durand l’éveil, l’activité des neurones corticaux est relativement élevée, mais
  aussi relativement peu synchronisée: par exemple les ondes β et y.

Question 7

Rythmes EEG chez plusieurs espèces

Answer 7

Les rythmes servent
probablement à
coordonner l’activité
de différentes régions
du cerveau.

Les rythmes de
l’EEG sont remarquablement
constants chez tous les mammifères de la souris à l’humain; mais il y a certaines
exceptions, par exemple les lapins, les chauves-souris et
les hamsters ne possèdent pas de rythme alpha.

Question 8

Deux mécanismes de synchronisation
des rythmes

Answer 8

La synchronisation des oscillations
périodiques d’un grand ensemble de
neurones peut se réaliser de deux façons:

a) La synchronisation des rythmes peut être obtenue à partir d’un générateur
unique (pacemaker).

b) Ou peut être la conséquence d’un comportement collectif de tous les participants.

Question 9

Modèle d’oscillateur à 2 neurones

Answer 9

-Un circuit neuronal très simple formé d’un neurone excitateur et un neurone inhibiteur peut générer des décharges discontinues, ce qui crée les rythmes.

a) L’afférence excitatrice est activée en permanence
b) Le neurone excitateur (vert) active le neurone inhibiteur (noir)
c) Le neurone (noir) inhibe le neurone excitateur.

Lorsque le neurone vert est inhibé, le neurone noir n’est plus stimulé (donc ne peut plus inhiber). Comme l’afférence excitatrice est active en
permanence, on recommence le cycle!
–> on off, on off, on off

On retrouve un tel circuit par exemple dans le thalamus.

Question 10

Les rythmes thalamiques génèrent les
rythmes corticaux.

Answer 10

a) Les neurones thalamiques génèrent des décharges très rythmiques, comme un
pacemaker.

b) Les rythmes coordonnés du thalamus sont transmis au cortex par les projections thalamocorticales qui
excitent les neurones corticaux.

D’autres rythmes corticaux ne dépendent pas du générateur thalamique mais dépendent de la coopération entre les
neurones corticaux

Question 11

Crises d’épilepsie

Answer 11

L’épilepsie est plus commune dans les pays en développement dû aux infections et au manque de soins prénataux.

-Les crises généralisées impliquent la totalité du cortex des deux hémisphères.
-Les crises partielles sont localisées.

–> Dans les 2 cas, les neurones génèrent des décharges hypersynchrones anormales

• L’épilepsie chez l’enfant peut être liée à des causes génétiques ou à des pathologies de l’enfance; mais dans plusieurs cas la cause
  est inconnue.
• Chez les personnes âgées, elle est souvent la conséquence d’AVC, de tumeurs ou de la
  maladie d’Alzheimer.

Question 12

Les gènes impliqués dans l’épilepsie

Answer 12

Les gènes qui ont déjà été identifiés–>

• Par exemple, une mutation sur les canaux sodiques peut faire qu’ils restent
  ouverts plus longtemps, donc le neurone devient hyperexcitable.
• Ou au contraire, c’est le GABA (inhibiteur) qui est moins efficace
• Il y a donc un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition synaptique dans le
  cerveau.

Question 13

Description d’une crise d’épilepsie généralisée

Answer 13

Une crise d’épilepsie généralisée débute brutalement et est synchronisée sur toute la
tête avec des signaux de grandes amplitudes (tous les neurones corticaux sont activés).

-La crise entraine une perte de conscience avec une phase de contractions musculaires
tonicocloniques. Durant la phase tonique, il y a un raidissement et une contraction
soudaine des muscles; durant la phase clonique, le corps s’agite rapidement

Question 14

crise partielle d’épilespsie

Answer 14

-Les crises partielles sont plus
localisées, elles débutent dans une partie du cerveau et se propagent.
– Si elles débutent dans le cortex moteur: provoquent des mouvements cloniques
limités à un membre.

• Si elles débutent dans une aire sensorielle: provoquent une sensation anormale nommée aura (odeur,
  lumière).
• Elles peuvent susciter des impressions de déjà vu.
• Elles peuvent aussi siéger dans l’hippocampe ou l’amygdale.

Question 15

Le sommeil les phases

Answer 15

Phases du sommeil:
1) Mouvements oculaires rapides : REM sleep (rapid eye movement sleep) appelé aussi sommeil paradoxal.
L’EEG est comme celui de l’éveil (rapide et de faible amplitude) mais le corps est immobile, excepté les muscles oculaires; c’est la phase de rêves.

2) Sommeil à ondes lentes (non-REM sleep): rythme lent et de grande amplitude. La tension musculaire est réduite; ce sommeil est sans rêve et est fait pour le repos; il y a une activité accrue du système nerveux parasympathique.

Question 16

Sommeil lent et sommeil paradoxal

Answer 16

Plusieurs cycles se répètent au cours d’une nuit de sommeil. Le sommeil à ondes lentes
représente 75% du temps, et le sommeil paradoxal 25%.

a) Le sommeil à ondes lentes est divisé en 4 stades. Une nuit de sommeil est une
succession des phases (stades) du sommeil à ondes lentes puis du sommeil paradoxal.

-Ce cycle se répète toutes les 90 minutes avec une tendance à des épisodes de sommeil lent progressivement plus légers et des épisodes de REM sleep plus longs.

–> sommeil paradoxal de plus en plus long et sommeil lent plus en plus court au cours de la nuit! –> donc meilleur repos au début de la nuit

Question 17

Rythmes EEG durant le sommeil

Answer 17

Stade 1: sommeil très
léger, on peut se réveiller facilement

Stade 2: un peu plus profond; il comprend des fuseaux du sommeil

Stade 3: comprend des rythmes delta lents de grande amplitude

Stade 4: phase la plus profonde du sommeil
avec de grands rythmes delta de 2Hz ou moins.

Sommeil paradoxal: rythmes β et y rapides avec de fréquents mouvements oculaires.

Au cours de la nuit, les stades 3 et 4 diminuent et la phase de sommeil paradoxal s’allonge

Question 18

Rappel: Le sommeil permet la
consolidation des traces mnésiques

Answer 18

-Le sommeil est l’état cérébral où se fait le mieux la consolidation vers la mémoire à long terme, par opposition à l’éveil qui est optimisé pour l’encodage de nouveaux
apprentissages.

-La consolidation nocturne se fait par une réactivation spontanée des souvenirs récemment encodés pendant le sommeil à onde lente.

-Les études de neuro-imagerie montrent que les régions cérébrales actives à l’éveil au cours d’un apprentissage le sont à nouveau au cours du sommeil qui suit cet apprentissage, suggérant
que ce dernier est « rejoué » pendant le sommeil pour favoriser son inscription dans la mémoire à long terme.

-Un des rôles du sommeil serait donc de permettre la consolidation des traces mnésiques emmagasinées durant la journée.

-La privation de sommeil altère l’acquisition de nouveaux apprentissages.

Question 19

Les ondes de l’hippocampe

Answer 19

Il semble que ce sont les ondes de l’hippocampe, appelées « sharp-wave ripples » qui
contribuent grandement à la réactivation neuronale nécessaire au processus de
consolidation de la mémoire.

-C’est par celles-ci que l’hippocampe envoie au cortex l’information pertinente à
retenir à long terme. Les rythmes servent probablement à coordonner l’activité de
différentes régions du cerveau.

-Si on désynchronise les «sharp-wave ripples » de l’hippocampe du rythme delta du cortex observé pendant le sommeil profond, on prévient la consolidation.

Question 20

Distinction entre rêve et sommeil paradoxal

Answer 20

Le rêve est un état subjectif mais le sommeil paradoxal est un état du cerveau.

–Le rêve est un phénomène ne pouvant être décrit que qualitativement à travers le récit personnel et souvent déformé.
–Le sommeil paradoxal peut faire l’objet de mesures physiologiques précises sur le tracé d’un EEG.

–> le rêve paradoxal c’est pas des rêves c’est pas la mm chose

-Nous rêvons tous à chaque nuit, même si on ne se souvient pas de nos rêves. C’est que le souvenir d’un rêve est très labile et s’efface en quelques minutes après l’éveil.

-Pour se rappeler nos rêves du matin, il faut les noter dès notre réveil ou simplement les répéter (genre raconter a qqun) pour qu’ils laissent une trace dans notre mémoire à long terme.

Question 21

Somnambulisme

Answer 21

Marcher, parler et gémir sont des activités fréquentes au cours du sommeil!

Le sommeil paradoxal s’accompagne d’une paralysie du corps, il n’est donc
pas possible de marcher même si on en rêve!

Le somnambulisme est plus fréquent chez les enfants, et se manifeste durant le stade 4 de la première période de la nuit.
(période de sommeil la plus profonde)

Presque tous les individus parlent pendant leur sommeil de temps en temps, mais les sons sont mal articulés et vides de sens. C’est la somnoloquie.

Question 22

EEG du sommeil chez le dauphin

Answer 22

-Les dauphins et les baleines ont besoin de respirer (hors de l’eau) environ toutes les minutes. Que fontils? Ils ne dorment qu’avec un seul hémisphère à la fois!

-Les enregistrements ci-bas ont été effectués simultanément sur les deux hémisphères
cérébraux chez des dauphins en train de nager.
(a) Rythmes de haute fréquence et de faible amplitude pendant la veille active, enregistrés sur les deux hémisphères.
(b) Rythme delta de forte amplitude correspondant au sommeil profond enregistré sélectivement sur l’hémisphère droit, avec un rythme rapide caractéristique de l’éveil enregistré simultanément à gauche.
(c) Quelque temps après, c’est l’inverse qui est enregistré.

Question 23

Neurotransmetteurs impliqués dans l’éveil

Answer 23

Les systèmes modulateurs diffus sont des régulateurs du cerveau qui modifient la
sensibilité corticale; ils sont impliqués dans le contrôle de l’éveil et du sommeil.

Systèmes modulateurs actifs pendant l’éveil: la noradrénaline (NA), la sérotonine (5-HT) et l’acétylcholine (ACh).

L’éveil est la conséquence d’une augmentation générale de l’activité du cortex.

Question 24

Mécanisme du sommeil lent et paradoxal

Answer 24

-L’endormissement et le sommeil lent sont associés à une réduction des fréquences de décharges des neurones modulateurs : NA, 5-HT et ACh.

-Sommeil lent: diminution de l’activité de NA et 5-HT (bleu) avant le sommeil paradoxal.
-Sommeil paradoxal: élévation de l’ACh avec le sommeil paradoxal (rouge).

-Sommeil paradoxal: les neurones modulateurs inhibent aussi les motoneurones spinaux, empêchant l’activité motrice des rêves de faire de vrais mouvements.

Question 25

Les rythmes circadiens

Answer 25

-Le rythme circadien est le cycle quotidien de lumière et d’obscurité (24h); les fonctions
physiologiques de l’organisme fluctuent avec ce rythmes

-Si les cycles de la lumière du jour et de l’obscurité
dans l’environnement de l’animal sont supprimés,
les rythmes circadiens restent semblables car ils possèdent des horloges internes dans le
cerveau.

-Par contre, ces horloges ne sont pas parfaites, et ont besoin d’être réglées de temps à autre pour s’ajuster à la lumière et à l’obscurité. Sinon, après 3 semaines, des animaux nocturnes peuvent devenir diurnes!

Question 26

Rythmes circadiens de veille-sommeil expérience

Answer 26

-Si des individus sont mis dans une grotte et isolés du cycle lumière-obscurité, leur
rythme devient autonome et dure de 24,5 à 25,5 heures.

-Le cycle veille-sommeil va évoluer selon le rythme endogène (autonome) du sujet
(env. 25h pour tous les humains). Il va donc être de plus en plus décalé par rapport aux conditions naturelles de lumière-obscurité.

Question 27

L’horloge du cerveau:
le noyau suprachiasmatique

Answer 27

Les noyaux suprachiasmatiques (NSC),
une paire de noyaux minuscules de l’hypothalamus, juste au-dessus du chiasma optique, jouent le rôle d’horloge biologique

Question 28

Noyau suprachiasmatique (NSC) et rythmes circadiens expérience

Answer 28

a) Un singe placé dans un
environnement calme et
éclairé en permanence
présente des rythmes
circadiens de 25,5h.

b) La lésion des deux NSC
abolit les rythmes
circadiens, si le singe est
dans des conditions
d’éclairage permanent.

Question 29

Les horloges des hamsters

Answer 29

L’ablation des deux noyaux suprachiasmatiques (NSC) chez le hamster fait disparaitre les rythmes circadiens.
La transplantation de nouveaux NSC rétablit les rythmes en une
semaine!

-Les hamsters recevant le transplant adoptent les
rythmes du donneur et non pas leur rythme de naissance (20h vs 24h).

-Voici une preuve irréfutable que les NSC sont l’horloge
biologique du cerveau.

–> La plupart des hamsters ont un rythme circadien de 24h, mais certains hamsters
ont un rythme de 20h. Dans cette expérience le donneur a un rythme différent du receveur

Question 30

Neurones de noyau suprachiasmatique
isolés chez rat

Answer 30

Des neurones de NSC ont été prélevés chez un rat et gardés en culture (in vitro):
1) Leur fréquence de décharge, leur consommation de glucose et leur synthèse de protéines ont gardé un rythme de 24h. (C’est la longueur du cycle endogène des rats.)

2) Ils ne s’adaptaient plus au cycle lumière-obscurité (car cette information provient des yeux!), mais conservaient un rythme de base

Question 31

Mécanismes du noyau suprachiasmatique:
les gènes-horloge

Answer 31

Dans le NSC, les gènes-horloge
produisent des protéines qui
inhibent leur propre transcription: c’est une boucle
de rétroaction négative. (un peu comme le neurone excitateur et inhibiteur de tantot)

L’accumulation de cette protéine réduit l’expression de son propre gène. Lorsque
moins de protéines sont produites (moins d’inhibition de transcription); le gène va de
nouveau produire la protéine.

Ainsi, la transcription des gènes
fluctue selon un cycle de 24
heures.

Les cycles de ces cellules sont
synchronisés par la lumière venant lumière de la rétine

Question 32

Nouveau type de photorécepteur dans les
cellules ganglionnaires de la rétine

Answer 32

-quelques axones des cellules ganglionnaires de la rétine vont
innerver les noyaux suprachiasmatiques (NSC),
situés dans l’hypothalamus. Ces cellules, qui synchronisent l’activité du NSC, ne sont ni les
cônes, ni les bâtonnets.

-découvert un nouveau type de photorécepteur correspondant à un type particulier de cellules ganglionnaires
spécialisées, qui se caractérise par la présence
d’un photopigment, la mélanopsine, qui n’existe
ni dans les cônes, ni dans les bâtonnets.

-Ces neurones particuliers sont sensibles à l’intensité de la lumière, et leurs axones envoient un signal directement aux NSC, ce qui contribue à
synchroniser les horloges circadiennes de ces
noyaux.

Question 33

Les cellules ganglionnaires photosensibles

Answer 33

-C’est donc un sous-groupe de cellules ganglionnaires qui possèdent les pigments photosensibles de mélanopsine

-Ces cellules possèdent de longues dendrites couvrant la rétine et un axone (indiqué par la flèche) qui rejoint le noyau suprachiasmatique. Ce système est dédié à la détection de l’intensité lumineuse et non à la formation d’images.

-Les noyaux suprachiasmatiques reçoivent donc des prolongements du nerf optique qui lui
indiquent le niveau d’intensité lumineuse ambiante. Les neurones du NSC peuvent ainsi
se resynchroniser quotidiennement avec la
lumière du jour; car notre horloge biologique
n’est pas parfaite et doit être ajustée quotidiennement.

Question 34

Des noyaux suprachiasmatiques à la glande pinéale

Answer 34

1.) La lumière active les noyaux suprachiasmatiques;
l’information est relayée à plusieurs structures dont la
glande pinéale (épiphyse).

Mais il y a une connexion inhibitrice dans ce circuit. (c’est la seule connection inhibitrice)

Donc la lumière du jour qui excite les NSC, inhibe en bout de ligne la glande pinéale, qui va diminuer la production de mélatonine.

2.) Inversement, quand le soleil se couche, l’influence de la connexion inhibitrice diminue et permet aux connexions excitatrices d’augmenter la
sécrétion de mélatonine dans la pinéale.

La mélatonine est déversée dans la circulation
sanguine et participe à la régulation des
neurotransmetteurs impliqués dans le cycle veillesommeil.

Question 35

La glande pinéale et la mélatonine

Answer 35

Chez les oiseaux, les reptiles et les poissons la glande pinéale est sensible à la lumière et coordonne elle-même les phénomènes cycliques chez ces animaux.

Chez les mammifères, la glande pinéale conserve sa capacité de synthétiser de façon cyclique (la nuit) l’hormone mélatonine, mais elle ne constitue pas en elle-même une horloge; la synthèse de la mélatonine est dépendante des signaux du NSC.

La mélatonine, parfois appelée « l’hormone du sommeil », commence à être produite par la glande pinéale à la tombée du jour. Ce niveau reste élevé pendant à peu près 12 heures, puis redescend en début
de matinée quand la lumière du jour inhibe l’activité de la glande pinéale.