Undrestanding postoperative cognitive dysfunction: novel insights

ABSTRACT: Background: Sleep is integral to biological function and sleep disruption can result in both physiological and psychological dysfunction. The acute cognitive consequences of sleep loss has been an active field of recent investigation, evidence suggests that sleep disruption in critically ill older adults can result in acute decrements in cognitive functioning. Surgery activates the innate immune system, inducing neuroinflammatory changes that interfere with cognition. The fact that patients with sleep disorders have an increased likelihood of exhibiting postoperative delirium encourages us to investigate the contribution of perioperative SF to the neuroinflammatory and cognitive responses of surgery. Methods: The effects of 24h sleep fragmentation (SF) and surgery were explored on adult C57BL/6J male mice. SF procedure started at 7 am with the home-cages being placed on a large platform orbital shaker cycled every 120 seconds (30 sec on/90 sec off). This procedure lasted for 24h. Stabilized tibia fracture was performed either before or after the 24h SF procedure. Separate cohorts of mice were tested for systemic and hippocampal inflammation and cognition. Results: Twenty-four hours of SF induced non-hippocampal memory dysfunction and increase in systemic IL-6. SF and surgery caused hippocampal-dependent memory impairment, although memory impairment was not exacerbated by combining SF with surgery. One day after either SF or surgery there was a significant increase in IL6 mRNA and TNF-alpha mRNA. These increments were more pronounced when either pre or post operative SF was combined with surgery. Conclusions: We show that while SF and surgery can independently produce significant memory impairment, perioperative SF significantly increased hippocampal inflammation without further cognitive impairment. The dissociation between neuroinflammation and cognitive decline may relate to our use of a sole memory paradigm that does not capture other aspects of cognition, especially learning.

Electroencephalogram paroxysmal theta characterizes cataplexy in mice and children.

Astute control of brain activity states is critical for adaptive behaviours and survival. In mammals and birds, electroencephalographic recordings reveal alternating states of wakefulness, slow wave sleep and paradoxical sleep (or rapid eye movement sleep). This control is profoundly impaired in narcolepsy with cataplexy, a disease resulting from the loss of orexin/hypocretin neurotransmitter signalling in the brain. Narcolepsy with cataplexy is characterized by irresistible bouts of sleep during the day, sleep fragmentation during the night and episodes of cataplexy, a sudden loss of muscle tone while awake and experiencing emotions. The neural mechanisms underlying cataplexy are unknown, but commonly thought to involve those of rapid eye movement-sleep atonia, and cataplexy typically is considered as a rapid eye movement sleep disorder. Here we reassess cataplexy in hypocretin (Hcrt, also known as orexin) gene knockout mice. Using a novel video/electroencephalogram double-blind scoring method, we show that cataplexy is not a state per se, as believed previously, but a dynamic, multi-phased process involving a reproducible progression of states. A knockout-specific state and a stereotypical paroxysmal event were introduced to account for signals and electroencephalogram spectral characteristics not seen in wild-type littermates. Cataplexy almost invariably started with a brief phase of wake-like electroencephalogram, followed by a phase featuring high-amplitude irregular theta oscillations, defining an activity profile distinct from paradoxical sleep, referred to as cataplexy-associated state and in the course of which 1.5-2 s high-amplitude, highly regular, hypersynchronous paroxysmal theta bursts (∼7 Hz) occurred. In contrast to cataplexy onset, exit from cataplexy did not show a predictable sequence of activities. Altogether, these data contradict the hypothesis that cataplexy is a state similar to paradoxical sleep, even if long cataplexies may evolve into paradoxical sleep. Although not exclusive to overt cataplexy, cataplexy-associated state and hypersynchronous paroxysmal theta activities are highly enriched during cataplexy in hypocretin/orexin knockout mice. Their occurrence in an independent narcolepsy mouse model, the orexin/ataxin 3 transgenic mouse, undergoing loss of orexin neurons, was confirmed. Importantly, we document for the first time similar paroxysmal theta hypersynchronies (∼4 Hz) during cataplexy in narcoleptic children. Lastly, we show by deep recordings in mice that the cataplexy-associated state and hypersynchronous paroxysmal theta activities are independent of hippocampal theta and involve the frontal cortex. Cataplexy hypersynchronous paroxysmal theta bursts may represent medial prefrontal activity, associated in humans and rodents with reward-driven motor impulse, planning and conflict monitoring.

Effets du vieillissement sur les déficits cognitifs associés au syndrome des apnées obstructives du sommeil

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Analyse de l'activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules

Le somnambulisme est une parasomnie commune, caractérisée par des éveils incomplets lors des stades de sommeil lent, au cours desquels les individus atteints présentent des comportements moteurs d’une complexité variable accompagnés de confusion et d’un jugement altéré. La littérature actuelle suggère que ce trouble serait associé à des particularités de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes, deux indices de l’intégrité du processus homéostatique et de la profondeur du sommeil. Toutefois, en raison de certaines lacunes méthodologiques dans les études existantes, le rôle de ces marqueurs électroencéphalographiques dans la pathophysiologie du somnambulisme reste à éclaircir. Notre premier article a donc investigué d’éventuelles anomalies de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules, en comparant leur sommeil au cours de la nuit entière à celui de participants contrôles. De plus, comme les somnambules semblent réagir différemment (en termes de fragmentation du sommeil notamment) des dormeurs normaux à une pression homéostatique accrue, nous avons comparé l’activité en ondes lentes et les oscillations lentes en nuit de base et suite à une privation de sommeil de 38 heures. Les résultats de nos enregistrements électroencéphalographiques chez 10 somnambules adultes et neuf participants contrôles montrent une élévation de la puissance spectrale de l’activité en ondes lentes et de la densité des oscillations lentes en nuit de récupération par rapport à la nuit de base pour nos deux groupes. Toutefois, contrairement à plusieurs études précédentes, nous ne n’observons pas de différence entre somnambules et dormeurs normaux quant à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes pour aucune des deux nuits. Au-delà ce certaines considérations méthodologiques ayant pu contribuer à ce résultat inattendu, nous croyons qu’il justifie un questionnement sur l’hétérogénéité des somnambules comme population. Notre deuxième article s’est penché sur les facteurs électroencéphalographiques transitoires susceptibles d’être associés au déclenchement des épisodes de somnambulisme. Nous avons comparé les fluctuations d’activité en ondes lentes et des oscillations lentes dans les minutes avant des épisodes de somnambulisme spontanés (c.a.d.: non associés à un stimulus identifiable) à celles survenant avant des éveils normaux comparables chez 12 somnambules adultes. Nous montrons que, comparativement aux éveils normaux, les épisodes de somnambulisme sont précédés d’un sommeil plus profond, tel qu’indiqué par une plus grande densité spectrale de l’activité en ondes lentes et une plus grande densité des oscillations lentes. Cet approfondissement du sommeil, spécifique aux épisodes de somnambulisme, semble survenir sur un laps de temps relativement long (>3 minutes), et non abruptement au cours des secondes précédant l’épisode. Ces données ouvrent un questionnement quant aux mécanismes en jeu dans la survenue des épisodes de somnambulisme spontanés. Globalement, cette thèse suggère que des phénomènes liés à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes seraient liés au déclenchement des épisodes de somnambulisme, mais que des études supplémentaires devront être menées afin de délimiter le rôle précis que ces marqueurs jouent dans la pathophysiologie du somnambulisme.

Impacts fonctionnels diurnes et corrélats psychopathologiques dans le somnambulisme adulte

Le somnambulisme est un trouble du sommeil fréquent qui affecte jusqu’à 4% de la population adulte et comporte un risque important de blessures. Les mécanismes à la base du somnambulisme demeurent méconnus mais il a été historiquement associé à la présence de psychopathologie. À ce jour, la majorité des efforts de recherche se sont concentrés autour des manifestations nocturnes du somnambulisme, tandis que très peu d’études se sont intéressées aux conséquences diurnes. Le premier objectif de cette thèse était de préciser le lien entre le somnambulisme et la psychopathologie en mesurant la prévalence de symptômes dépressifs et anxieux au sein d’un large échantillon de somnambules. Les résultats ont montré que seule une minorité de patients présentait des symptômes significatifs de psychopathologie et que le profil clinique des patients avec et sans symptômes de psychopathologie était globalement similaire. Les patients qui présentaient les symptômes anxiodépressifs les plus sévères ont néanmoins rapporté dans une plus faible proportion avoir une histoire familiale de somnambulisme comparativement aux autres patients. À l’inverse, ils ont rapporté souffrir de cauchemars dans une plus grande proportion. Le second objectif de cette thèse était de mieux documenter les conséquences diurnes du somnambulisme. La deuxième étude a montré que près de la moitié des somnambules présentaient des niveaux pathologiques de somnolence diurne. Toutefois, la somnolence ne s’est révélée associée à aucun des marqueurs polysomnographiques de fragmentation et de profondeur du sommeil. La troisième étude a quant à elle montré qu’une privation de 25h de sommeil avait chez les somnambules un impact négatif sur les capacités d’inhibition motrice comparativement aux contrôles. Cette diminution de la performance n’était toutefois pas associée à la fragmentation du sommeil chez les somnambules. De plus, la privation de sommeil n’a pas eu d’effet différentiel sur la capacité d’attention soutenue des somnambules. Enfin, aucune différence de performance aux tâches neuropsychologiques n’a été observée entre les groupes à l’état d’éveil normal. Dans l’ensemble, cette thèse suggère que la majorité des somnambules ne présente pas de signe de psychopathologie significative. Les résultats mettent cependant en évidence la présence d’altérations significatives du fonctionnement diurne. Le caractère idiopathique de ces altérations fonctionnelles suggère qu’elles pourraient être liées aux mécanismes physiopathologiques à la base du somnambulisme. L’étude des phénomènes diurnes constitue donc une avenue de recherche prometteuse afin de mieux comprendre les impacts cliniques et les mécanismes à la base du somnambulisme.

Alteración de la atención y concentración en estudiantes de medicina que realizan turnos de noche

El sueño, es indispensable para la recuperación, física, mental y de procesos como la consolidación de memoria, atención y lenguaje. La privación de sueño (PS) incide en la atención y concentración. La PS es inherente a la formación médica, pero no es claro el papel de los turnos nocturnos en estudiantes, porque no cumplen con un objetivo académico, pero hay relación con disminución de la salud, productividad, accidentes, y alteraciones en diversas actividades. Está descrito el impacto de la PS sobre la capacidad de aprendizaje y aspectos como el ánimo y las relaciones interpersonales. MÉTODOS: Se realizó un estudio analítico observacional de cohorte longitudinal, con tres etapas de medición a 180 estudiantes de Medicina de la Universidad del Rosario, que evaluó atención selectiva y concentración mediante la aplicación de la prueba d2, validada internacionalmente para tal fin. RESULTADOS: Se estudiaron 180 estudiantes, 115 mujeres, 65 hombres, entre los 18 y 26 años (promedio 21). Al inicio del estudio dormían en promedio 7,9 horas, cifra que se redujo a 5,8 y 6,3 en la segunda y tercera etapa respectivamente. El promedio de horas de sueño nocturno, disminuyó en el segundo y tercer momento (p<0,001); Además se encontró mediante la aplicación de la prueba d2, que hubo correlación significativa directa débil, entre el promedio de horas de sueño, y el promedio del desempeño en la prueba (r=0.168, p=0.029) CONCLUSIONES: La PS, con períodos de sueño menores a 7,2 horas, impactan de manera importante la atención selectiva, la concentración

Funcionalidade em pacientes após acidente vascular encefálico: relação com o sono e ritmo de atividade-repouso

It is known that sleep plays an important role in the process of motor learning. Recent studies have shown that the presence of sleep between training a motor task and retention test promotes a learning task so than the presence of only awake between training and testing. These findings also have been reported in stroke patients, however, there are few studies that investigate the results of this relationship on the functionality itself in this population. The objective of this study was to evaluate the relationship between functionality and sleep in patients in the chronic stage of stroke. A cross-sectional observational study was conducted. The sample was composed of 30 stroke individuals in chronic phase, between 6 and 60 months after injury and aged between 55 and 75 years. The volunteers were initially evaluated for clinical data of disease and personal history, severity of stroke, through the National Institute of Health Stroke Scale, and mental status, the Mini-Mental State Examination. Sleep assessment tools were Pittsburgh Sleep Quality Index, the Questionnaire of Horne and Ostberg, Epworth Sleepiness Scale, the Berlin questionnaire and actigraphy, which measures were: real time of sleep, waking after sleep onset, percentage of waking after sleep onset, sleep efficiency, sleep latency, sleep fragmentation index, mean activity score. Other actigraphy measures were intraday variability, stability interdiária, a 5-hour period with minimum level of activity (L5) and 10-hour period with maximum activity (M10), obtained to evaluate the activity-rest rhythm. The Functional Independence Measure (FIM) and the Berg Balance Scale (BBS) were the instruments used to evaluate the functional status of participants. The Spearman correlation coefficient and comparison tests (Student's t and Mann-Whitney) were used to analyze the relationship of sleep assessment tools and rest-activity rhythm to measures of functional assessment. The SPSS 16.0 was used for analysis, adopting a significance level of 5%. The main results observed were a negative correlation between sleepiness and balance and a negative correlation between the level of activity (M10) and sleep fragmentation. No measurement of sleep or rhythm was associated with functional independence measure. These findings suggest that there may be an association between sleepiness and xii balance in patients in the chronic stage of stroke, and that obtaining a higher level of activity may be associated with a better sleep pattern and rhythm more stable and less fragmented. Future studies should evaluate the cause-effect relationship between these parameters

Estudo das lesões laríngeas e do grau de disfonia em pacientes com paracoccidioidomicose

Pós-graduação em Doenças Tropicais - FMB

Avaliação cardíaca em crianças com distúrbios respiratórios obstrutivos, antes e pós adenotonsilectomia

Pós-graduação em Bases Gerais da Cirurgia - FMB

Estudo da apneia do sono em pacientes obesos em programação de cirurgia bariátrica

Pós-graduação em Bases Gerais da Cirurgia - FMB

Attività autonomica cardiaca e funzioni neurocognitive nei pazienti affetti da sindrome delle gambe senza riposo (RLS): effetto dei farmaci dopamino agonisti in acuto e a lungo termine

Several studies showed that sleep loss/fragmentation may have a negative impact on cognitive performance, mood and autonomic activity. Specific neurocognitive domains, such as executive function (i.e.,prefrontal cortex), seems to be particularly vulnerable to sleep loss. Pearson et al.(2006) evaluated 16 RLS patients compared to controls by cognitive tests, including those particularly sensitive to prefrontal cortical (PFC) functioning and sleep loss. RLS patients showed significant deficits on two of the three PFC tests. It has been recently reported that RLS is associated with psychiatric manifestations. A high prevalence of depressive symptoms has been found in patients with RLS(Rothdach AJ et al., 2000). RLS could cause depression through its adverse influences on sleep and energy. On the other hand, symptoms of depression such as sleep deprivation, poor nutrition or lack of exercise may predispose an individual to the development of RLS. Moreover, depressed patients may amplify mild RLS, making occasional RLS symptoms appear to meet threshold criteria. The specific treatment of depression could be also implicated, since antidepressant compounds may worsen RLS and PLMD(Picchietti D et al., 2005; Damsa C et al., 2004). Interestingly, treatments used to relieve RLS symptoms (dopamine agonists) seem to have an antidepressant effects in RLS depressed patients(Saletu M et al., 2002&2003). During normal sleep there is a well-regulated pattern of the autonomic function, modulated by changes in sleep stages. It has been reported that chronic sleep deprivation is associated with cardiovascular events. In patients with sleep fragmentation increased number of arousals and increased cyclic alternating pattern rate is associated with an increase in sympathetic activity. It has been demonstrated that PLMS occurrence is associated with a shift to increased sympathetic activity without significant changes in cardiac parasympathetic activity (Sforza E et al., 2005). An increased association of RLS with hypertension and heart disease has been documented in several studies(Ulfberg J et al., 2001; Ohayon MM et al., 2002).

Circadian clock genes and sleep homeostasis.

Circadian and sleep-homeostatic processes both contribute to sleep timing and sleep structure. Elimination of circadian rhythms through lesions of the suprachiasmatic nuclei (SCN), the master circadian pacemaker, leads to fragmentation of wakefulness and sleep but does not eliminate the homeostatic response to sleep loss as indexed by the increase in EEG delta power. In humans, EEG delta power declines during sleep episodes nearly independently of circadian phase. Such observations have contributed to the prevailing notion that circadian and homeostatic processes are separate but recent data imply that this segregation may not extend to the molecular level. Here we summarize the criteria and evidence for a role for clock genes in sleep homeostasis. Studies in mice with targeted disruption for core circadian clock genes have revealed alterations in circadian rhythmicity as well as changes in sleep duration, sleep structure and EEG delta power. Clock-gene expression in brain areas outside the SCN, in particular the cerebral cortex, depends to a large extent on prior sleep-wake history. Evidence for effects of clock genes on sleep homeostasis has also been obtained in Drosophila and humans, pointing to a phylogenetically preserved pathway. These findings suggest that, while within the SCN clock genes are utilized to set internal time-of-day, in the forebrain the same feedback circuitry may be utilized to track time spent awake and asleep. The mechanisms by which clock-gene expression is coupled to the sleep-wake distribution could be through cellular energy charge whereby clock genes act as energy sensors. The data underscore the interrelationships between energy metabolism, circadian rhythmicity, and sleep regulation.

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.

Sleep in vitro : Erk pathway regulates sleep duration and sleep related genes

To date, for most biological and physiological phenomena, the scientific community has reach a consensus on their related function, except for sleep, which has an undetermined, albeit mystery, function. To further our understanding of sleep function(s), we first focused on the level of complexity at which sleep-like phenomenon can be observed. This lead to the development of an in vitro model. The second approach was to understand the molecular and cellular pathways regulating sleep and wakefulness, using both our in vitro and in vivo models. The third approach (ongoing) is to look across evolution when sleep or wakefulness appears. (1) To address the question as to whether sleep is a cellular property and how this is linked to the entire brain functioning, we developed a model of sleep in vitro by using dissociated primary cortical cultures. We aimed at simulating the major characteristics of sleep and wakefulness in vitro. We have shown that mature cortical cultures display a spontaneous electrical activity similar to sleep. When these cultures are stimulated by waking neurotransmitters, they show a tonic firing activity, similar to wakefulness, but return spontaneously to the "sleep-like" state 24h after stimulation. We have also shown that transcriptional, electrophysiological, and metabolic correlates of sleep and wakefulness can be reliably detected in dissociated cortical cultures. (2) To further understand at which molecular and cellular levels changes between sleep and wakefulness occur, we have used a pharmacological and systematic gene transcription approach in vitro and discovered a major role played by the Erk pathway. Indeed, pharmacological inhibition of this pathway in living animals decreased sleep by 2 hours per day and consolidated both sleep and wakefulness by reducing their fragmentation. (3) Finally, we tried to evaluate the presence of sleep in one of the most primitive species with a neural network. We set up Hydra as a model organism. We hypothesized that sleep as a cellular (neuronal) property may occur with the appearance of the most primitive nervous system. We were able to show that Hydra have periodic rest phases amounting to up to 5 hours per day. In conclusion, our work established an in vitro model to study sleep, discovered one of the major signaling pathways regulating vigilance states, and strongly suggests that sleep is a cellular property highly conserved at the molecular level during evolution. -- Jusqu'à ce jour, la communauté scientifique s'est mise d'accord sur la fonction d'une majorité des processus physiologiques, excepté pour le sommeil. En effet, la fonction du sommeil reste un mystère, et aucun consensus n'est atteint le concernant. Pour mieux comprendre la ou les fonctions du sommeil, (1) nous nous sommes d'abord concentré sur le niveau de complexité auquel un état ressemblant au sommeil peut être observé. Nous avons ainsi développé un modèle du sommeil in vitro, (2) nous avons disséqué les mécanismes moléculaires et cellulaires qui pourraient réguler le sommeil, (3) nous avons cherché à savoir si un état de sommeil peut être trouvé dans l'hydre, l'animal le plus primitif avec un système nerveux. (1) Pour répondre à la question de savoir à quel niveau de complexité apparaît un état de sommeil ou d'éveil, nous avons développé un modèle du sommeil, en utilisant des cellules dissociées de cortex. Nous avons essayé de reproduire les corrélats du sommeil et de l'éveil in vitro. Pour ce faire, nous avons développé des cultures qui montrent les signes électrophysiologiques du sommeil, puis quand stimulées chimiquement passent à un état proche de l'éveil et retournent dans un état de sommeil 24 heures après la stimulation. Notre modèle n'est pas parfait, mais nous avons montré que nous pouvions obtenir les corrélats électrophysiologiques, transcriptionnels et métaboliques du sommeil dans des cellules corticales dissociées. (2) Pour mieux comprendre ce qui se passe au niveau moléculaire et cellulaire durant les différents états de vigilance, nous avons utilisé ce modèle in vitro pour disséquer les différentes voies de signalisation moléculaire. Nous avons donc bloqué pharmacologiquement les voies majeures. Nous avons mis en évidence la voie Erkl/2 qui joue un rôle majeur dans la régulation du sommeil et dans la transcription des gènes qui corrèlent avec le cycle veille-sommeil. En effet, l'inhibition pharmacologique de cette voie chez la souris diminue de 2 heures la quantité du sommeil journalier et consolide l'éveil et le sommeil en diminuant leur fragmentation. (3) Finalement, nous avons cherché la présence du sommeil chez l'Hydre. Pour cela, nous avons étudié le comportement de l'Hydre pendant 24-48h et montrons que des périodes d'inactivité, semblable au sommeil, sont présentes dans cette espèce primitive. L'ensemble de ces travaux indique que le sommeil est une propriété cellulaire, présent chez tout animal avec un système nerveux et régulé par une voie de signalisation phylogénétiquement conservée.

Long-term oscillations in the sleep/wake cycle of infants

The development of circadian sleep-wakefulness rhythm was investigated by a longitudinal study of six normal infants. We propose an entropy based measure for the sleep/wake cycle fragmentation. Our results confirm that the sleep/wake cycle fragmentation and the sleep/wake ratio decrease, while the circadian power increases during the maturation process of infants. In addition to these expected linear trends in the variables devised to quantify sleep consolidation, circadian power and sleep/wake ratio, we found that they present infradian rhythms in the monthly range. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.