Sleep function: current questions and new approaches.

The mammalian brain oscillates through three distinct global activity states: wakefulness, non-rapid eye movement (NREM) sleep and REM sleep. The regulation and function of these 'vigilance' or 'behavioural' states can be investigated over a broad range of temporal and spatial scales and at different levels of functional organization, i.e. from gene expression to memory, in single neurons, cortical columns or the whole brain and organism. We summarize some basic questions that have arisen from recent approaches in the quest for the functions of sleep. Whereas traditionally sleep was viewed to be regulated through top-down control mechanisms, recent approaches have emphasized that sleep is emerging locally and regulated in a use-dependent (homeostatic) manner. Traditional markers of sleep homeostasis, such as the electroencephalogram slow-wave activity, have been linked to changes in connectivity and plasticity in local neuronal networks. Thus waking experience-induced local network changes may be sensed by the sleep homeostatic process and used to mediate sleep-dependent events, benefiting network stabilization and memory consolidation. Although many questions remain unanswered, the available data suggest that sleep function will best be understood by an analysis which integrates sleep's many functional levels with its local homeostatic regulation.

CD40 activation induces NREM sleep and modulates genes associated with sleep homeostasis.

The T-cell derived cytokine CD40 ligand is overexpressed in patients with autoimmune diseases. Through activation of its receptor, CD40 ligand leads to a tumor necrosis factor (TNF) receptor 1 (TNFR1) dependent impairment of locomotor activity in mice. Here we report that this effect is explained through a promotion of sleep, which was specific to non-rapid eye movement (NREM) sleep while REM sleep was suppressed. The increase in NREM sleep was accompanied by a decrease in EEG delta power during NREM sleep and by a decrease in the expression of transcripts in the cerebral cortex known to be associated with homeostatic sleep drive, such as Homer1a, Early growth response 2, Neuronal pentraxin 2, and Fos-like antigen 2. The effect of CD40 activation was mimicked by peripheral TNF injection and prevented by the TNF blocker etanercept. Our study indicates that sleep-wake dysregulation in autoimmune diseases may result from CD40 induced TNF:TNFR1 mediated alterations of molecular pathways, which regulate sleep-wake behavior.

NPAS2 as a transcriptional regulator of non-rapid eye movement sleep: genotype and sex interactions.

Because the transcription factor neuronal Per-Arnt-Sim-type signal-sensor protein-domain protein 2 (NPAS2) acts both as a sensor and an effector of intracellular energy balance, and because sleep is thought to correct an energy imbalance incurred during waking, we examined NPAS2's role in sleep homeostasis using npas2 knockout (npas2-/-) mice. We found that, under conditions of increased sleep need, i.e., at the end of the active period or after sleep deprivation (SD), NPAS2 allows for sleep to occur at times when mice are normally awake. Lack of npas2 affected electroencephalogram activity of thalamocortical origin; during non-rapid eye movement sleep (NREMS), activity in the spindle range (10-15 Hz) was reduced, and within the delta range (1-4 Hz), activity shifted toward faster frequencies. In addition, the increase in the cortical expression of the NPAS2 target gene period2 (per2) after SD was attenuated in npas2-/- mice. This implies that NPAS2 importantly contributes to the previously documented wake-dependent increase in cortical per2 expression. The data also revealed numerous sex differences in sleep; in females, sleep need accumulated at a slower rate, and REMS loss was not recovered after SD. In contrast, the rebound in NREMS time after SD was compromised only in npas2-/- males. We conclude that NPAS2 plays a role in sleep homeostasis, most likely at the level of the thalamus and cortex, where NPAS2 is abundantly expressed.

Key electrophysiological, molecular, and metabolic signatures of sleep and wakefulness revealed in primary cortical cultures.

Although sleep is defined as a behavioral state, at the cortical level sleep has local and use-dependent features suggesting that it is a property of neuronal assemblies requiring sleep in function of the activation experienced during prior wakefulness. Here we show that mature cortical cultured neurons display a default state characterized by synchronized burst-pause firing activity reminiscent of sleep. This default sleep-like state can be changed to transient tonic firing reminiscent of wakefulness when cultures are stimulated with a mixture of waking neurotransmitters and spontaneously returns to sleep-like state. In addition to electrophysiological similarities, the transcriptome of stimulated cultures strikingly resembles the cortical transcriptome of sleep-deprived mice, and plastic changes as reflected by AMPA receptors phosphorylation are also similar. We used our in vitro model and sleep-deprived animals to map the metabolic pathways activated by waking. Only a few metabolic pathways were identified, including glycolysis, aminoacid, and lipids. Unexpectedly large increases in lysolipids were found both in vivo after sleep deprivation and in vitro after stimulation, strongly suggesting that sleep might play a major role in reestablishing the neuronal membrane homeostasis. With our in vitro model, the cellular and molecular consequences of sleep and wakefulness can now be investigated in a dish.

How to keep the brain awake? : pharmacogenomics and aging effects on sleep-wake regulation in inbred mice

ABSTRACT : Genetic approach in the sleep field is at the beginning of its wide expansion. Transitions between sleep and wakefulness, and the maintenance of these states are driven by complex neurobiologic mechanisms with reciprocal interactions. Impairment in both transitions and maintenance of behavioral states leads to debilitating conditions. The major symptom being excessive daytime sleepiness, characterizing most sleep disorders but also a wide variety of psychiatric and neurologic disorders, as well as the elderly. Until now, most wake-promoting drugs available directly (e.g., amphetamines and possibly modafinil) or indirectly (e.g., caffeine) provokes dopamine release which is believed to influence the abuse potential of these drugs. The effects of genetic components were assessed here, on drug-induced wakefulness and age-related sleep changes in three inbred mouse strains [AKR/J, C57BL/6J, DBA/2J] that differ in their major sleep phenotypes. Three wake-promoting drugs were used; d-amphetamine, a classical stimulant, modafinil, the most widely-prescribed stimulant, and YKP-10A, a novel wake-promoting agent with antidepressant proprieties. Electrical activity (Electroencephalogram) and gene expression of the brain were assessed and indicate a highly genotype-dependant response to wake promotion and subsequent recovery sleep. Aging effects on sleep-wake regulation were also strongly influenced by genetic determinants. By assessing the age-dependant effects at several time points (from 3 months to 2 years old mice), we found a strong genetic effect on vigilance states. These studies demonstrate a critical role for genetic factors neglected till now in the fields of pharmacology and aging effects on vigilance states.

Objective Sleep Structure and Cardiovascular Risk Factors in the General Population: The HypnoLaus Study.

STUDY OBJECTIVES: To evaluate the association between objective sleep measures and metabolic syndrome (MS), hypertension, diabetes, and obesity. DESIGN: Cross-sectional study. SETTING: General population sample. PARTICIPANTS: There were 2,162 patients (51.2% women, mean age 58.4 ± 11.1). INTERVENTIONS: Patients were evaluated for hypertension, diabetes, overweight/obesity, and MS, and underwent a full polysomnography (PSG). MEASUREMENTS AND RESULTS: PSG measured variables included: total sleep time (TST), percentage and time spent in slow wave sleep (SWS) and in rapid eye movement (REM) sleep, sleep efficiency and arousal index (ArI). In univariate analyses, MS was associated with decreased TST, SWS, REM sleep, and sleep efficiency, and increased ArI. After adjustment for age, sex, smoking, alcohol, physical activity, drugs that affect sleep and depression, the ArI remained significantly higher, but the difference disappeared in patients without significant sleep disordered breathing (SDB). Differences in sleep structure were also found according to the presence or absence of hypertension, diabetes, and overweight/obesity in univariate analysis. However, these differences were attenuated after multivariate adjustment and after excluding subjects with significant SDB. CONCLUSIONS: In this population-based sample we found significant associations between sleep structure and MS, hypertension, diabetes, and obesity. However, these associations were cancelled after multivariate adjustment. We conclude that normal variations in sleep contribute little if any to MS and associated disorders.

Validation of a wrist monitor for accurate estimation of RR intervals during sleep.

While the incidence of sleep disorders is continuously increasing in western societies, there is a clear demand for technologies to asses sleep-related parameters in ambulatory scenarios. The present study introduces a novel concept of accurate sensor to measure RR intervals via the analysis of photo-plethysmographic signals recorded at the wrist. In a cohort of 26 subjects undergoing full night polysomnography, the wrist device provided RR interval estimates in agreement with RR intervals as measured from standard electrocardiographic time series. The study showed an overall agreement between both approaches of 0.05 ± 18 ms. The novel wrist sensor opens the door towards a new generation of comfortable and easy-to-use sleep monitors.

Differential effects of sodium oxybate and baclofen on EEG, sleep, neurobehavioral performance, and memory.

STUDY OBJECTIVES: Sodium oxybate (SO) is a GABA(B) agonist used to treat the sleep disorder narcolepsy. SO was shown to increase slow wave sleep (SWS) and EEG delta power (0.75-4.5 Hz), both indexes of NREM sleep (NREMS) intensity and depth, suggesting that SO enhances recuperative function of NREM. We investigated whether SO induces physiological deep sleep. DESIGN: SO was administered before an afternoon nap or before the subsequent experimental night in 13 healthy volunteers. The effects of SO were compared to baclofen (BAC), another GABA(B) receptor agonist, to assess the role of GABA(B) receptors in the SO response. MEASUREMENTS AND RESULTS: As expected, a nap significantly decreased sleep need and intensity the subsequent night. Both drugs reversed this nap effect on the subsequent night by decreasing sleep latency and increasing total sleep time, SWS during the first NREMS episode, and EEG delta and theta (0.75-7.25 Hz) power during NREMS. The SO-induced increase in EEG delta and theta power was, however, not specific to NREMS and was also observed during REM sleep (REMS) and wakefulness. Moreover, the high levels of delta power during a nap following SO administration did not affect delta power the following night. SO and BAC taken before the nap did not improve subsequent psychomotor performance and subjective alertness, or memory consolidation. Finally, SO and BAC strongly promoted the appearance of sleep onset REM periods. CONCLUSIONS: The SO-induced EEG slow waves seem not to be functionally similar to physiological slow waves. Our findings also suggest a role for GABA(B) receptors in REMS generation. CITATION: Vienne J; Lecciso G; Constantinescu I; Schwartz S; Franken P; Heinzer R; Tafti M. Differential effects of sodium oxybate and baclofen on EEG, sleep, neurobehavioral performance, and memory. SLEEP 2012;35(8):1071-1084.

Prevalence of Acute Coronary Syndrome in Patients Suspected for Pulmonary Embolism or Acute Aortic Syndromes: Rational for "Double" and "Triple" Rule-Out Concepts

PURPOSE To evaluate the prevalence of acute coronary syndrome (ACS) in patients presenting initially with atypical chest pain and suspected to have pulmonary embolism (PE) or acute aortic syndromes (AAS). To evaluate the overlap between ACS, PE and AAS in routine practice and determine how many patients could have benefit from a single CT protocol to rule out ACS at the same time as PE and AAS. METHOD AND MATERIALS Our electronic hospital database revealed 1122 consecutive patients who underwent a thoracic CT angiography for PE or AAS from 2004 to 2006 (mean age, 63±13 years). Patients without chest pain were excluded from this study. Thus, 447 patients presented with isolated atypical chest were included in the analysis. All patients who underwent a thoracic CT scan previously received standard clinical care and were initially considered as non ACS. The final diagnosis was obtained by the hospital stay report. RESULTS Among the 447 patients with atypical chest pain, 25 (5.5%) were finally found to have ACS: 19 patients (4.2%) were suspected for PE and 6 (1. 3%) were suspected for AAS. There were 90 patients diagnosed to have PE, 89 (98.8%) of them were suspected for PE while only 1 (1%) was suspected for AAS. Eleven patients diagnosed to have AAS, 9 (82%) of them were suspected for AAS while 2 (18%) were suspected for PE. CONCLUSION In clinical practice, the overlap between PE, AAS and ACS is limited which make the triple rule-out studies less recommended to be done at the time being because of the high dose radiation. A double rule-out investigation is suggested to be done for patients being evaluated for atypical chest pain and suspected of having AAS or PE because of a significant overlap between the two entities as well it doesn't implicate any increment in radiation dose. CLINICAL RELEVANCE/APPLICATION With 64-slice CT, coronary circulation and total chest can be evaluated at the same time offering new opportunitie for the evaluation of three major life-threatening conditions :ACS,PE and AAS.

BCOR analysis in patients with OFCD and Lenz microphthalmia syndromes, mental retardation with ocular anomalies, and cardiac laterality defects.

Oculofaciocardiodental (OFCD) and Lenz microphthalmia syndromes form part of a spectrum of X-linked microphthalmia disorders characterized by ocular, dental, cardiac and skeletal anomalies and mental retardation. The two syndromes are allelic, caused by mutations in the BCL-6 corepressor gene (BCOR). To extend the series of phenotypes associated with pathogenic mutations in BCOR, we sequenced the BCOR gene in patients with (1) OFCD syndrome, (2) putative X-linked ('Lenz') microphthalmia syndrome, (3) isolated ocular defects and (4) laterality phenotypes. We present a new cohort of females with OFCD syndrome and null mutations in BCOR, supporting the hypothesis that BCOR is the sole molecular cause of this syndrome. We identify for the first time mosaic BCOR mutations in two females with OFCD syndrome and one apparently asymptomatic female. We present a female diagnosed with isolated ocular defects and identify minor features of OFCD syndrome, suggesting that OFCD syndrome may be mild and underdiagnosed. We have sequenced a cohort of males diagnosed with putative X-linked microphthalmia and found a mutation, p.P85L, in a single case, suggesting that BCOR mutations are not a major cause of X-linked microphthalmia in males. The absence of BCOR mutations in a panel of patients with non-specific laterality defects suggests that mutations in BCOR are not a major cause of isolated heart and laterality defects. Phenotypic analysis of OFCD and Lenz microphthalmia syndromes shows that in addition to the standard diagnostic criteria of congenital cataract, microphthalmia and radiculomegaly, patients should be examined for skeletal defects, particularly radioulnar synostosis, and cardiac/laterality defects.

Ontogeny of Sleeping in Color - Linking melanism to sleep architecture and rhythmicity variation in wild barn owl nestlings

The function of sleep remains unknown. To gain insight into the function of sleep in natural conditions, I assessed variation in sleep architecture and its link with fitness-related phenotypic traits. I considered melanin-based coloration because its underlying genetic basis is very well known giving an opportunity to examine whether some genes pleiotropically regulate both coloration and sleep. The melanocortin system is known to generate covariation between melanin-based coloration and other phenotypes like behaviour, physiology and life history traits. I investigated whether this system of genes could participate in the co-expression of coloration and sleep. I carried out a study with nestling barn owls (Tyto alba) in order to tackle the potential link between variation in color traits and the ontogeny of sleep under natural conditions. For this I established a suitable method for recording the brain activity (electroencephalogram) of owls in nature. Birds are especially interesting, because they convergently evolved sleep states similar to those exhibited by mammals. As in mammals, I found that in owlets time spent in rapid eye movement (REM) sleep declines with age, a relationship thought to eflect developmental changes in the brain. Thus this developmental trajectory appears to reflect a fundamental feature of sleep. Additionally, I discovered an association between a gene involved in melanism expressed in the feather follicles (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2) and the age-related changes in sleep in the brain. Nestlings with higher expression levels of PCSK2 showed a more precocial pattern of sleep development and a higher degree of melanin-based coloration compared to nestlings with lower PCSK2 expression. Also sleep architecture and the development of rhythmicity in brain and physical activity was related to plumage traits of the nestlings and their biological parents. This pattern during ontogeny might reflect differences in life l history strategies, antipredator behaviour and developmental pace. Therefore, differently colored individuals may differentially deal with trade-offs between the costs and benefits of sleep which in turn lead to differences in brain organization and ultimately fitness. These results should stimulate evolutionary biologists to consider sleep as a major life history trait. Résumé La fonction du sommeil reste inconnue. Afin d'acquérir une meilleur compréhension de la fonction du sommeil dans les conditions naturelles, j'ai analysé la variation dans l'architecture du sommeil et son lien avec d'autres traits phénotypiques liés au succès reproducteur (fitness). J'ai choisi et examiné la coloration mélanique, car ses bases génétiques sont bien connues et il est ainsi possible d'étudier si certains gènes, de façon pléiotropique régulent à la fois la coloration et le sommeil. J'ai exploré si ce système génétique était impliqué dans la co-expression de la coloration et du sommeil. J'ai effectué mon étude sur des poussins de chouette effraie (Tyto alba) en condition naturelle, pour rechercher ce lien potentiel entre la variation de la coloration et l'ontogenèse du sommeil. Dans ce but, j'ai établi une méthodologie permettant d'enregistrer l'activité cérébrale (électroencéphalogramme) des chouettes dans la nature. Les oiseaux sont particulièrement intéressants car ils ont développé, par évolution convergente, des phases de sommeil similaires à celles des mammifères. De manière semblable à ce qui a été montré chez les mammifères, j'ai découvert que le temps passé dans le sommeil paradoxal diminue avec l'âge des poussins. On pense que ceci est dû aux changements développementaux au niveau du cerveau. Cette trajectoire développementale semble refléter une caractéristique fondamentale du sommeil. J'ai également découvert une association entre l'un des gènes impliqué dans le mélanisme, exprimé dans les follicules plumeux (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), et les changements dans la structure du sommeil avec l'âge. Les poussins ayant un niveau d'expression génétique élevé de la PCSK2 présentent une structure du sommeil plus précoce et un taux de coloration dû à la mélanine plus élevé que des poussins avec un niveau d'expression moindre de la PCSK2. L'architecture du sommeil et le développement de la rythmicité dans le cerveau ainsi que l'activité physique sont également liés à la coloration des plumes des poussins et pourraient ainsi refléter des différences de stratégies d'histoire de vie, de comportements anti-prédateur et de vitesses développementales. Ainsi, des individus de coloration différente sembleraient traiter différemment les coûts et les bénéfices du sommeil, ce qui aurait des conséquences sur l'organisation cérébrale et pour finir, sur le succès reproducteur. Ces résultats devraient encourager les biologistes évolutionnistes à considérer le sommeil comme un important trait d'histoire de vie. Zusammenfassung Die Funktion von Schlaf ist noch unbekannt. Um mehr Einsicht in diese unter natürlichen Bedingungen zu bekommen, habe ich die Variation in der Schlafarchitektur und die Verknüpfung mit phänotypischen Merkmalen, die mit der Fitness zusammenhängen, studiert. Ich habe mir melanin-basierte Färbung angesehen, da die zugrunde liegende genetische Basis bekannt ist und somit die Möglichkeit gegeben ist, zu untersuchen, ob einige Gene beides regulieren, Färbung und Schlaf. Das melanocortin System generiert eine Kovariation zwischen melanin-basierter Färbung und anderen phänotypischer Merkmale wie Verhalten, Physiologie und Überlebensstrategien. Ich habe untersucht, ob dieses Gensystem an einer gleichzeitigen Steuerung von Färbung und Schlaf beteiligt ist. Dazu habe ich Schleiereulen (Tyto alba) studiert um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Variation in der Pigmentierung und der Entwicklung des Schlafs unter natürlichen Bedingungen zu entdecken. Für diese Studie entwickelte ich eine Methode um die Gehirnaktivität (Elektroenzephalogramm) bei Eulen in der Natur aufzunehmen. Vögel sind besonders interessant, da sie die gleichen Schlafstadien aufweisen wie Säugetiere und diese unabhängig konvergent entwickelt haben. Genauso wie bei Säugetieren nahm die Dauer des sogenannten ,,rapid eye movement" (REM) - Schlafes mit zunehmendem Alter ab. Es wird angenommen, dass dieser Zusammenhang die Entwicklung des Gehirns widerspiegelt. Daher scheint dieses Entwicklungsmuster ein fundamentaler Aspekt von Schlaf zu sein. Zusätzlich entdeckte ich einen Zusammenhang zwischen der Aktivität eines Gens in den Federfollikeln (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), das für die Ausprägung schwarzer Punkte auf den Federn der Eulen verantwortlich ist, und den altersabhängigen Änderungen im Schlafmuster im Gehirn. Küken mit höherer Aktivität von PCSK2 zeigten eine frühreifere Schlafentwicklung und eine dunklere Färbung als Küken mit niedriger PCSK2 Aktivität. Die Architekture des Schlafes und die Entwicklung der Rhythmik im Gehirn und die der physischen Aktivität ist mit der Färbung des Gefieders von den Küken und ihren Eltern verknüpft. Dieses Muster während der Entwicklung kann Unterschiede in Überlebensstrategien, Feindabwehrverhalten und in der Entwicklungsgeschwindigkeit reflektieren. Unterschiedlich gefärbte Individuen könnten unterschiedliche Strategien haben um zwischen den Kosten und Nutzen von Schlaf zu entscheiden, was zu Unterschieden in der Gehirnstruktur führen kann und letztendlich zur Fitness. Diese Ergebnisse sollten Evolutionsbiologen stimulieren Schlaf als einen wichtigen Bestandteil des Lebens zu behandeln.

Sleep and vigilance linked to melanism in wild barn owls.

Understanding the function of variation in sleep requires studies in the natural ecological conditions in which sleep evolved. Sleep has an impact on individual performance and hence may integrate the costs and benefits of investing in processes that are sensitive to sleep, such as immunity or coping with stress. Because dark and pale melanic animals differentially regulate energy homeostasis, immunity and stress hormone levels, the amount and/or organization of sleep may covary with melanin-based colour. We show here that wild, cross-fostered nestling barn owls (Tyto alba) born from mothers displaying more black spots had shorter non-REM (rapid eye movement) sleep bouts, a shorter latency until the occurrence of REM sleep after a bout of wakefulness and more wakefulness bouts. In male nestlings, the same sleep traits also correlated with their own level of spotting. Because heavily spotted male nestlings and the offspring of heavily spotted biological mothers switched sleep-wakefulness states more frequently, we propose the hypothesis that they could be also behaviourally more vigilant. Accordingly, nestlings from mothers displaying many black spots looked more often towards the nest entrance where their parents bring food and towards their sibling against whom they compete. Owlets from heavily spotted mothers might invest more in vigilance, thereby possibly increasing associated costs due to sleep fragmentation. We conclude that different strategies of the regulation of brain activity have evolved and are correlated with melanin-based coloration.

Pulse wave amplitude drops during sleep are reliable surrogate markers of changes in cortical activity

Rapport de synthèseLe syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie respiratoire fréquente. Sa prévalence est estimée entre 2 et 5% de la population adulte générale. Ses conséquences sont importantes. Notamment, une somnolence diurne, des troubles de la concentration, des troubles de la mémoire et une augmentation du risque d'accident de la route et du travail. Il représente également un facteur de risque cardiovasculaire indépendant.Ce syndrome est caractérisé par la survenue durant le sommeil d'obstructions répétées des voies aériennes supérieures. L'arrêt ou la diminution d'apport en oxygène vers les poumons entraîne des épisodes de diminution de la saturation en oxygène de l'hémoglobine. Les efforts ventilatoires visant à lever l'obstacle présent sur les voies aériennes causent de fréquents réveils à l'origine d'une fragmentation du sommeil.La polysomnographie (PSG) représente le moyen diagnostic de choix. Il consiste en l'enregistrement dans un laboratoire du sommeil et en présence d'un technicien diplômé, du tracé électroencéphalographique (EEG), de l'électrooculogramme (EOG), de l'électromyogramme mentonnier (EMG), du flux respiratoire nasal, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de l'électrocardiogramme (ECG), des mouvements thoraciques et abdominaux, de la position du corps et des mouvements des jambes. L'examen est filmé par caméra infrarouge et les sons sont enregistrés.Cet examen permet entre autres mesures, de déterminer les événements respiratoires obstructifs nécessaires au diagnostic de syndrome d'apnée du sommeil. On définit une apnée lors d'arrêt complet du débit aérien durant au moins 10 secondes et une hypopnée en cas, soit de diminution franche de l'amplitude du flux respiratoire supérieure à 50% durant au moins 10 secondes, soit de diminution significative (20%) de l'amplitude du flux respiratoire pendant au minimum 10 secondes associée à un micro-éveil ou à une désaturation d'au moins 3% par rapport à la ligne de base. La détection des micro-éveils se fait en utilisant les dérivations électroencéphalographiques, électromyographiques et électrooculographiques. Il existe des critères visuels de reconnaissance de ces éveils transitoire: apparition de rythme alpha (8.1 à 12.0 Hz) ou beta (16 à 30 Hz) d'une durée supérieure à 3 secondes [20-21].Le diagnostic de S AOS est retenu si l'on retrouve plus de 5 événements respiratoires obstructifs par heure de sommeil associés soit à une somnolence diurne évaluée selon le score d'Epworth ou à au moins 2 symptômes parmi les suivants: sommeil non réparateur, étouffements nocturne, éveils multiples, fatigue, troubles de la concentration. Le S AOS est gradué en fonction du nombre d'événements obstructifs par heure de sommeil en léger (5 à 15), modéré (15 à 30) et sévère (>30).La polysomnographie (PSG) comporte plusieurs inconvénients pratiques. En effet, elle doit être réalisée dans un laboratoire du sommeil avec la présence permanente d'un technicien, limitant ainsi son accessibilité et entraînant des délais diagnostiques et thérapeutiques. Pour ces mêmes raisons, il s'agit d'un examen onéreux.La polygraphie respiratoire (PG) représente l'alternative diagnostique au gold standard qu'est l'examen polysomnographique. Cet examen consiste en l'enregistrement en ambulatoire, à savoir au domicile du patient, du flux nasalrespiratoire, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de la position du corps et du ronflement (par mesure de pression).En raison de sa sensibilité et sa spécificité moindre, la PG reste recommandée uniquement en cas de forte probabilité de SAOS. Il existe deux raisons principales à l'origine de la moindre sensibilité de l'examen polygraphique. D'une part, du fait que l'état de veille ou de sommeil n'est pas déterminé avec précision, il y a dilution des événements respiratoires sur l'ensemble de l'enregistrement et non sur la période de sommeil uniquement. D'autre part, en l'absence de tracé EEG, la quantification des micro-éveils est impossible. Il n'est donc pas possible dans l'examen poly graphique, de reconnaître une hypopnée en cas de diminution de flux respiratoire de 20 à 50% non associée à un épisode de désaturation de l'hémoglobine de 3% au moins. Alors que dans l'examen polysomnographique, une telle diminution du flux respiratoire pourrait être associée à un micro-éveil et ainsi comptabilisée en tant qu'hypopnée.De ce constat est né la volonté de trouver un équivalent de micro-éveil en polygraphie, en utilisant les signaux à disposition, afin d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique.Or plusieurs études ont démontrés que les micro-éveils sont associés à des réactions du système nerveux autonome. Lors des micro-éveils, on met en évidence la survenue d'une vasoconstriction périphérique. La variation du tonus sympathique associée aux micro-éveils peut être mesurée par différentes méthodes. Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie représentant un marqueur fiable de la vasoconstriction périphérique associée aux micro-réveils, il paraît donc opportun d'utiliser ce marqueur autonomique disponible sur le tracé des polygraphies ambulatoires afin de renforcer la sensibilité de cet examen.Le but de l'étude est d'évaluer la sensibilité des variations de l'amplitude de l'onde de pouls pour détecter des micro-réveils corticaux afin de trouver un moyen d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique et de renforcer ainsi sont pouvoir diagnostic.L'objectif est de démontrer qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde pouls est concomitante à une activation corticale correspondant à un micro¬réveil. Cette constatation pourrait permettre de déterminer une hypopnée, en polygraphie, par une diminution de 20 à 50% du flux respiratoire sans désaturation de 3% mais associée à une baisse significative de l'amplitude de pouls en postulant que l'événement respiratoire a entraîné un micro-réveil. On retrouve par cette méthode les mêmes critères de scoring d'événements respiratoires en polygraphie et en polysomnographie, et l'on renforce la sensibilité de la polygraphie par rapport au gold standard polysomnographique.La méthode consiste à montrer en polysomnographie qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie est associée à une activation du signal électroencéphalographique, en réalisant une analyse spectrale du tracé EEG lors des baisses d'amplitude du signal d'onde de pouls.Pour ce faire nous avons réalisé une étude rétrospective sur plus de 1000 diminutions de l'amplitude de l'onde de pouls sur les tracés de 10 sujets choisis de manière aléatoire parmi les patients référés dans notre centre du sommeil (CIRS) pour suspicion de trouble respiratoire du sommeil avec somnolence ou symptomatologie diurne.Les enregistrements nocturnes ont été effectués de manière standard dans des chambres individuelles en utilisant le système d'acquisition Embla avec l'ensemble des capteurs habituels. Les données ont été par la suite visuellement analysées et mesurées en utilisant le software Somnologica version 5.1, qui fournit un signal de l'amplitude de l'onde de pouls (puise wave amplitude - PWA).Dans un premier temps, un technicien du sommeil a réalisé une analyse visuelle du tracé EEG, en l'absence des données du signal d'amplitude d'onde de pouls. Il a déterminé les phases d'éveil et de sommeil, les stades du sommeil et les micro¬éveils selon les critères standards. Les micro-éveils sont définis lors d'un changement abrupt dans la fréquence de l'EEG avec un pattern d'ondes thêta-alpha et/ou une fréquence supérieure à 16 Hz (en l'absence de fuseau) d'une durée d'au minimum trois secondes. Si cette durée excède quinze secondes, l'événement correspond à un réveil.Puis, deux investigateurs ont analysé le signal d'amplitude d'onde de pouls, en masquant les données du tracé EEG qui inclut les micro-éveils. L'amplitude d'onde de pouls est calculée comme la différence de valeur entre le zénith et le nadir de l'onde pour chaque cycle cardiaque. Pour chaque baisse de l'amplitude d'onde de pouls, la plus grande et la plus petite amplitude sont déterminées et le pourcentage de baisse est calculé comme le rapport entre ces deux amplitudes. On retient de manière arbitraire une baisse d'au moins 20% comme étant significative. Cette limite a été choisie pour des raisons pratiques et cliniques, dès lors qu'elle représentait, à notre sens, la baisse minimale identifiable à l'inspection visuelle. Chaque baisse de PWA retenue est divisée en 5 périodes contiguës de cinq secondes chacune. Deux avant, une pendant et deux après la baisse de PWA.Pour chaque période de cinq secondes, on a pratiqué une analyse spectrale du tracé EEG correspondant. Le canal EEG C4-A1 est analysé en utilisant la transformée rapide de Fourier (FFT) pour chaque baisse de PWA et pour chaque période de cinq secondes avec une résolution de 0.2 Hz. La distribution spectrale est catégorisée dans chaque bande de fréquence: delta (0.5 à 4.0 Hz); thêta (4.1 à 8.0Hz); alpha (8.1 à 12.0 Hz); sigma (12.1 à 16 Hz) et beta (16.1 à 30.0 Hz). La densité de puissance (power density, en μΥ2 ) pour chaque bande de fréquence a été calculée et normalisée en tant que pourcentage de la puissance totale. On a déterminé, ensuite, la différence de densité de puissance entre les 5 périodes par ANOVA on the rank. Un test post hoc Tukey est été utilisé pour déterminer si les différences de densité de puissance étaient significatives. Les calculs ont été effectués à l'aide du software Sigmastat version 3.0 (Systat Software San Jose, California, USA).Le principal résultat obtenu dans cette étude est d'avoir montré une augmentation significative de la densité de puissance de l'EEG pour toutes les bandes de fréquence durant la baisse de l'amplitude de l'onde de pouls par rapport à la période avant et après la baisse. Cette augmentation est par ailleurs retrouvée dans la plupart des bande de fréquence en l'absence de micro-réveil visuellement identifié.Ce résultat témoigné donc d'une activation corticale significative associée à la diminution de l'onde de pouls. Ce résulat pourrait permettre d'utiliser les variations de l'onde de pouls dans les tracés de polygraphie comme marqueur d'une activation corticale. Cependant on peut dire que ce marqueur est plus sensible que l'analyse visuelle du tracé EEG par un technicien puisque qu'on notait une augmentation de lactivité corticale y compris en l'absence de micro-réveil visuellement identifié. L'application pratique de ces résultats nécessite donc une étude prospective complémentaire.

Stimulus-induced, sleep-bound, focal seizures: a case report.

STUDY OBJECTIVES: In nocturnal frontal lobe epilepsy (NFLE), seizures occur almost exclusively during NREM sleep. Why precisely these seizures are sleep-bound remains unknown. Studies of patients with nonlesional familial forms of NFLE have suggested the arousal system may play a major role in their pathogenesis. We report the case of a patient with pharmaco-resistant, probably cryptogenic form of non-familial NFLE and strictly sleep-bound seizures that could be elicited by alerting stimuli and were associated with ictal bilateral thalamic and right orbital-insular hyperperfusion on SPECT imaging. DESIGN: Case report. SETTING: University Hospital Zurich. PATIENTS OR PARTICIPANTS: One patient with pharmaco-resistant epilepsy. CONCLUSION: This case shows that the arousal system plays a fundamental role also in cryptogenic non-familial forms of NFLE.