Dès les stades précoces du développement et jusqu’à l’âge adulte, le facteur de transcription TSHZ3 est fortement exprimé dans les neurones pyramidaux (PNs) du cortex. Les PNs de la couche V forment la synapse cortico-striée en contactant les neurones épineux moyens (MSNs) du striatum. A ce niveau, l’expression de TSHZ3 n’est pas retrouvée dans les MSNs mais dans les interneurones cholinergiques (CINs). Des données récentes ont établi un lien entre délétion hétérozygote du gène TSHZ3/Tshz3, troubles du spectre autistique (TSA) et dysfonctionnement de la circuiterie cortico-striée (Caubit et al., Nat Genet 2016). Afin de mieux comprendre le rôle de TSHZ3 dans la circuiterie cortico-striée, nous avons caractérisé deux modèles murins de délétion conditionnelle de Tshz3, ciblant soit les neurones de projection à partir de la période postnatale (souris Tshz3-pnCxKO), soit les neurones cholinergiques à partir de la période embryonnaire (souris Tshz3-ChATCre). Chez les souris Tshz3-pnCxKO, la perte de TSHZ3 entraîne une moindre excitabilité des PNs de la couche V, ainsi qu’une diminution de la probabilité de libération du glutamate par leurs afférences. Nous montrons également une profonde altération du fonctionnement de la synapse cortico-striée. Chez les souris Tshz3-ChATCre, nous montrons que la perte de Tshz3 modifie les propriétés membranaires et de décharge d’une proportion des CINs, qui sont les seuls neurones cholinergiques de l'encéphale exprimant TSHZ3 de façon importante. Ces changements fonctionnels suggèrent que TSHZ3 joue un rôle clé dans le développement des PNs du cortex, de la voie cortico-striée et des CINs, confirmant son implication dans les TSA. / The zinc-finger transcription factor TSHZ3 is highly expressed by cortical projection neurons (PNs) from embryonic stages to adulthood, including layer V pyramidal neurons that project to the striatum. There, TSHZ3 is expressed by cholinergic interneurons (CINs) but not by the main targets of PNs, i.e. the medium spiny neurons. Interestingly, recent evidences link heterozygous TSHZ3/Tshz3 gene deletion to autism spectrum disorder (ASD) and to corticostrial circuitry dysfunction (Caubit et al., Nat Genet 2016). In order to provide further insights on the role of Tshz3 in the corticostriatal circuitry, we have characterized two conditional KO mouse models in which its expression is lost either in projection neurons at early postnatal stage (Tshz3-pnCxKO) or in cholinergic cells beginning at embryonic stage (Tshz3-ChATCre). In Tshz3-pnCxKO mice, we confirmed that Tshz3 expression is lost in glutamatergic PNs without altering their number. Our electrophysiological study revealed that layer V PNs are less excitable and that glutamate release probability from their afferents is decreased. We also found dramatic changes of both corticostriatal synaptic transmission and plasticity. In ChAT-Cre mice, we found that Tshz3 is expressed in the striatum by almost 100% of CINs, while it is little or no expressed in the other cholinergic nuclei of the brain. Interestingly, the loss of Tshz3 impacts the spontaneous firing pattern of a subpopulation of CINs without altering their number. These functional changes suggest that TSHZ3 plays a key role in PNs, corticostriatal pathway and CINs development, supporting its implication in ASD.

Les récepteurs P2X (P2XR), activés par l’ATP, sont impliqués dans des rôles physiopathologiques. Leur fonctionnement est associé à différents états conformationnels. Le projet de thèse a mené à associer la synthèse organique et l’application de molécules photo-activables avec des techniques d’électrophysiologie patch-clamp, pour décortiquer les mouvements moléculaires de ces récepteurs et effectuer des relations structure-fonction, via trois stratégies : - La synthèse et application d’agrafes photo-isomérisables qui permet le photo-contrôle des P2XR et l’étude de mouvements - La synthèse et caractérisation d’un acide aminé (aa) photo-clivable pour étudier les implications de zones sur la fonction des P2XR via une photolyse - L’incorporation d’un aa non naturel dans les P2XR pour étudier des interactions et mouvements via un « photo-pontage ». Nous avons élucidé les mécanismes moléculaires responsables de la perméabilité des P2XR, récusé l’existence de l'état dilaté et identifié un cation organique physiologique pouvant les traverser. Nous avons aussi conçu un acide aminé photo-clivable pouvant mener à des études structure-fonction des P2XR. / P2X receptors are cationic ligand-gated ion channels, activated by extracellular ATP, involved in many physio-pathological roles. Their function is associated with different allosteric states. During this PhD, we have designed three new strategies, spanning photochemical organic synthesis and patch-clamp electrophysiology to elucidate the molecular mechanisms involved in these conformational states and to collect data in order to study structure-function relationships. - Synthesis and application of molecular tweezers, which allows the photo-control of P2X Rand the study of molecular motions - Synthesis and characterization of a photo-cleavable amino acid with the aim of incorporating it into P2XR and doing structure-function relationships - Incorporation of an unnatural amino acid for photo-crosslinking studies. We have been able to probe the molecular mechanism involved in large organic cations permeation of P2XR, to bring into question the dilated state and to identify a physiological cation that can flow through P2XR. We have also designed a photo-cleavable amino acid which could serve in the study of structure-function relationships.

Introduction : Plusieurs aspects de l’activité sérotonergique, à la fois d’origine centrale et périphérique, subissent des changements notables au cours du vieillissement normal. Ces altérations pourraient prédisposer l’individu âgé à développer des symptômes dépressifs et contribuer à diminuer la qualité du sommeil. La présente étude a été effectuée afin d’examiner si l’effort prolongé modifie la disponibilité du tryptophane (Trp) plasmatique au cerveau et influence la profondeur du sommeil chez l’homme âgé en santé. Méthodes: Dix-neuf hommes (64 ± 3 ans) se sont portés volontaires pour effectuer les 4 tests suivants: [1] absorption bi-photonique à rayons X ou DXA (composition corporelle), [2] consommation d’O[indice inférieur 2] 'peak' et seuils ventilatoires (épreuve cardiorespiratoire maximale), [3] prélèvements sanguins avant, durant et après 60 min d’exercice modéré (glucose, lactate, ammoniac, acides gras libres (FFA), protéines totales, albumine, prolactine, valine, leucine, isoleucine, adiponectine, leptine, Trp-libre et -total; variable calculée : acides aminés ramifiés [(BCAA) = valine + leucine + isoleucine] et [4] électrophysiologie du sommeil (éveil, stade-1, stade-2, stades 3+4 ou sommeil lent profond (SLP), stade 5 ou mouvements oculaires rapides, temps de mouvement, mouvements des jambes durant le sommeil, apnées, hypopnées, et variables dérivées). Cette séquence de 4 tests a été répétée après le programme d’entraînement en endurance. L’entraînement de 16 sem consécutives était supervisé et effectué sur tapis roulant incliné (3x sem[indice supérieur -1], 45 min à ~65-70% V[indice inférieur O2]peak); alors que le test d’effort prolongé a été effectué sur tapis roulant à une intensité modérée (1 h à ~68-69% V[indice inférieur O2peak) où des échantillons sanguins ont été prélevés avant, durant et après l’exercice. Les variations de la prolactinémie et du ratio Trp-libre/BCAA ont servi de proxy de l’activité sérotonergique et du taux de synThèse centrale de la sérotonine, respectivement. Une série de 3 nuits consécutives a été examinée par électrophysiologie du sommeil en laboratoire [polysomnographie (PSG) : électroencéphalographie et électromyographie et électro-oculographie] et l’Index de Qualité du Sommeil de Pittsburgh comme suit : 1) Familiarisation, 2) Essai Inactif, et 3) Essai Exercice; cette série de 3 essais a été répétée après l’intervention de 16 sem. Résultats: Le programme d’entraînement a augmenté la V[indice inférieur O2] au seuil ventilatoire ainsi qu’au seuil de compensation respiratoire, en plus de réduire significativement le poids corporel. D’autre part, l’effort prolongé de 60 min (pré-entraînement) a augmenté de plus de 100% le ratio Trp-libre/BCAA et est demeuré élevé 30 min après l’effort. Ce ratio a montré une association positive significative avec la concentration de FFA circulante. La concentration de prolactine sérique était significativement plus élevée après 1 h d’effort par rapport aux valeurs de repos et était corrélée au ratio Trp-libre/BCAA. Toutefois, la répétition de la session de 1 h d’exercice après 16 sem d’entraînement a révélé une atténuation de la réponse physiologique pour plusieurs variables: ratio Trp-libre/BCAA, prolactine, lactate, ammoniac et acides gras libres. D’autre part, les analyses ont révélé des effets principaux de l’exercice aigu sur l’éveil après endormissement, la latence d’apparition du sommeil et temps d’éveil total nocturne. Par rapport à la ligne de base (Inactif-Non-Entraîné), une proportion significativement plus élevée de SLP a été observée lors de l’essai Exercice-Entraîné, alors qu’il n’y avait pas de différence entre l’essai Inactif-Non-Entraîné vs. Inactif- Entraîné. L’évaluation auto-rapportée du sommeil (30 j) a été insensible à l’effet de l’entraînement en endurance sur le SLP et les autres variables du sommeil. Finalement, une corrélation positive a été trouvée entre la concentration sérique de l’hormone adiponectine et le SLP avant et après 16 semaines d’entraînement en endurance. Conclusion: Ces résultats s’alignent à ceux obtenus lors d’études transversales effectuées chez l’aîné; les résultats montrent que la disponibilité du Trp au cerveau est augmentée durant l’effort sous-maximal prolongé chez l’homme âgé. Les résultats supportent l’hypoThèse qu’une élévation de la synThèse et de l’activité sérotonergique pourrait être impliquée dans la réponse antidépressive de l’exercice d’endurance chez l’homme âgé. Étant donné que l’approvisionnement du cerveau en Trp circulant durant l’exercice a été abaissé après l’entraînement en endurance, les besoins du cerveau en Trp durant l’effort d’endurance pourraient être atténués suite à une diminution d’activité des projections sérotonergiques au niveau central durant l’exercice. De plus, l’exercice a augmenté le SLP durant la nuit de sommeil subséquente, bien que celle-ci n’ait été observée seulement qu’après l’entraînement, renforçant les observations transversales effectuées chez l'aîné. Malgré les gains à la fonction cardiorespiratoire après l’entraînement, un jour inactif a mené à des valeurs de SWS similaires comparativement à celles de la ligne de base. Une association positive a été trouvée, apparemment pour la première fois, entre la profondeur du sommeil et les niveaux circulants d’adiponectine. Cette association a valu à la fois avant et après le programme d’entraînement. Ces résultats fournissent des preuves que non seulement la quantité (durée) du sommeil, mais aussi la qualité (SLP) pourrait influencer les niveaux sanguins d’adiponectine.

La bioélectronique est un domaine émergent qui vise à combiner les mondes de la biologie et de l'électronique. Les matériaux organiques présentent un ensemble de caractéristiques uniques qui les rendent candidats idéaux pour répondre aux contraintes spécifiques de ce domaine. Leur flexibilité leur donne une meilleure stabilité mécanique, tandis que leur nature de conducteurs ioniques et électroniques leur permet d’interférer parfaitement entre un tissu vivant et un dispositif électronique. En outre, ils présentent des interfaces non oxydées pour des interactions biologiques plus efficaces. Il est également possible de modifier chimiquement ces matériaux afin de les fonctionnaliser. Ces idées, ainsi que les différentes approches de fabrication des dispositifs organiques sont présentées au chapitre 1.L’électrode est le principal outil expérimental pour l’électrophysiologie in vitro. Les principes physiques du fonctionnement de l’électrode sont donc tout d’abord présentés au chapitre 2. Dans les chapitres 3 et 4, les connaissances acquises à partir de la modélisation de l’électrode sont mises en applications sur des mesures biologiques réelles. Le chapitre 3 présente des enregistrements d'activité de cellules hippocampiques de culture et le chapitre 4 de cellules pancréatiques.Le chapitre 5 introduit un autre dispositif, le transistor électrochimique organique (OECT) et présent une carte électronique de conversion qui pourrait faciliter l’usage d’OECT dans futures applications d’électrophysiologie. Le chapitre 6 clôture cette thèse en décrivant des mesures effectuées sur des astrocytes à l’aide d’OECT. / Bioelectronics is an emerging field that is aiming to combine the worlds of biology and electronics. Among all the other materials, organics present a unique set of features that renders them ideal candidates for this new field. Their soft nature gives better mechanical stability, while the fact that they can conduct both electrically and ionically makes them ideal candidates to bridge the gap between electronic devices and living tissue. In addition they provide oxide free interfaces that could interact more efficiently with biology and allow chemically modification that increase biological functionality. These ideas, together with the organic devices fabrication approaches are presented in Chapter 1.Electrodes are the main experimental tool for electrophysiology and this is why Chapter 2 presents the main physics principle behind them. Chapters 3 and 4 implement the knowledge obtained from the electrode modeling to real biological measurements. Chapter 3 presents activity recordings from Hippocampal cell cultures and Chapter 4 form pancreatic cells. Chapter 5 introduces us to a different device as it presents the Organic electrochemical transistor (OECT) and presents a read out circuit board that could facilitate OECT electrophysiological recordings. Chapter 6 closes this thesis with an application of OECT on astrocyte recordings.

Le thalamus, via les neurones glutamatergiques thalamocorticaux (TC), est le dernier relai dans le cheminement des informations de la périphérie vers le cortex. Le réseau intrathalamique repose sur les interactions entre ces neurones TC et des neurones GABAergiques regroupés dans le Noyau Réticulé Thalamique (NRT). Ces deux types de neurones contribuent au traitement des informations issues de la périphérie et à la genèse des activités oscillantes pendant le sommeil. Pendant les phases de sommeil à ondes lentes les neurones TC et NRT émettent de manière périodique et synchrone des bouffées de potentiels d'action à haute fréquence associées à de forts influx de calcium dus à l'activation des canaux calciques de type T. Au cours de ma thèse, j'ai cherché à déterminer si ces activités étaient susceptibles de modifier la force synaptique. En utilisant un protocole d'induction mimant l'excitabilité des neurones thalamiques durant le sommeil à ondes lentes, j'ai mis en évidence une dépression à long terme (LTD) de la synapse GABAergique entre les neurones NRT et TC. J'ai montré que cette LTD était d'origine post-synaptique et nécessitait en synergie 1) l'activation des récepteurs GABAA présents à la synapse, 2) une forte entrée de calcium dans les neurones TC spécifiquement par les canaux calciques de type T, 3) l'activation des récepteurs métabotropiques du glutamate. L'exigence d'une entrée massive de calcium par les canaux calciques de type T suggère que seules les activités thalamocorticales associées au sommeil à ondes lentes sont susceptibles de déclencher cette LTD. / Thalamocortical (TC) glutamatergic neurons from the thalamus are the last relay in the flow of information from the periphery to the cortex. Intrathalamic network is based on the interactions between these TC neurons and the GABAergic neurons located in the Thalamic Reticularis Nucleus (TRN). These two types of neurons contribute to the processing of information arising from the periphery and to the generation of oscillatory activities during sleep. During slow-waves-sleep, NRT and TC neurons discharge rhythmically and synchronously high frequency bursts of action potentials associated with calcium influx occurring through T-type calcium channels. During my thesis, I sought to determine whether these activities were capable of changing synaptic strength. Using an induction protocol mimicking the excitability of thalamic neurons during slow-wave sleep, I highlighted a long-term depression (LTD) of the synapse between NRT GABAergic neurons and TC neurons. I showed that LTD induction had a postsynaptic origin and required synergistically 1) the synaptic activation of GABAA receptors, 2) a high calcium entry in TC neurons specifically through T-type calcium channels 3) the activation of metabotropic glutamate receptors. The requirement of calcium influx through the T-type calcium channels suggests that only thalamocortical activities associated with slow wave sleep may trigger this LTD.

Cette thèse est dédiée au développement d'outils mathématiques innovants améliorant la modélisation en électrophysiologie cardiaque.Une présentation du modèle bidomaine - un système réaction-diffusion - à domaine fixé est proposée en s'appuyant sur la littérature et une justification mathématique du processus d'homogénéisation (convergence «2-scale») est donnée. Enfin, une étude de l'impact des déformations mécaniques dans les lois de conservation avec la théorie des mélanges est faite.Comme les techniques d'imagerie ne fournissent globalement que des surfaces pour les oreillettes cardiaques dont l'épaisseur est très faible, une réduction dimensionnelle du modèle bidomaine dans une couche mince à une formulation posée sur la surface associée est étudiée. À l'aide de techniques développées pour les modèles de coques, une analyse asymptotique des termes de diffusion est faite sous des hypothèses de gradient d'anisotropie fort à travers l'épaisseur. Puis, une modélisation couplée du cœur - asymptotique pour les oreillettes et volumique pour les ventricules - permet la simulation d'électrocardiogramme complet. De plus, les méthodes asymptotiques sont utilisées pour obtenir des résultats de convergence forte pour les modèles de coque-3D.Enfin, afin de «personnaliser» les modèles, une méthode d'estimation est proposée. Les données médicales intégrées dans notre modèle - au moyen d'un filtre d'état de type Luenberger spécialement conçu - sont les cartes d'activation électrique. Ces problématiques apparaissent dans d'autres domaines où les modèles (réaction-diffusion) et les données (position du front) sont similaires, comme la propagation de feux ou la croissance tumorale. / This thesis aims at developing innovative mathematical tools to improve cardiac electrophysiological modeling. A detailed presentation of the bidomain model - a system of reaction-diffusion equations - with a fixed domain is given based on the literature and we mathematically justify the homogenization process using the 2-scale convergence. Then, a study of the impact of the mechanical deformations in the conservation laws is performed using the mixture theory.As the atria walls are very thin and generally appear as thick surfaces in medical imaging, a dimensional reduction of the bidomain model in a thin domain to a surface-based formulation is studied. The challenge is crucial in terms of computational efficiency. Following similar strategies used in shell mechanical modeling, an asymptotic analysis of the diffusion terms is done with assumptions of strong anisotropy through the thickness, as in the atria. Simulations in 2D and 3D illustrate these results. Then, a complete modeling of the heart - with the asymptotic model for the atria and the volume model for the ventricles - allow the simulation of full electrocardiogram cycles. Furthermore, the asymptotic methods are used to obtain strong convergence results for the 3D-shell models.Finally, a specific data assimilation method is proposed in order to «personalize» the electrophysiological models. The medical data assimilated in the model - using a Luenberger-like state filter specially designed - are the maps of electrical activation. The proposed methods can be used in other application fields where models (reaction-diffusion) and data (front position) are very similar, as for fire propagation or tumor growth.

L'utilisation de fluorofores sensibles au calcium permet de mesurer de manière non invasive l'activité des neurones. En effet, les potentiels d'actions font augmenter la concentration de calcium à l'intérieur d'une cellule, ce qui à son tour fait augmenter la fluorescence. Un dé important est de retrouver la séquence de potentiels d'actions à partir d'une mesure de fluorescence. Dans ce mémoire, nous verrons comment utiliser la fluorescence calcique pour déterminer une séquence de potentiels d'actions. Nous appliquons un algorithme basé sur l'algorithme de Viterbi et les chaînes de Markov à états cachés, développés par Deneux et al. À l'aide de cet algorithme, nous estimons les trains de potentiels d'actions ayant lieu dans un ensemble de neurones de poisson zèbres in vivo.

Les canaux ioniques sont exprimés dans tous les types cellulaires, des plantes à l’Homme, où ils sont impliqués dans de nombreux processus physiologiques. Parmi ces canaux, les canaux potassiques à deux domaines pore ou K2P forment des dimères qui produisent des courants de fond, contrôlant le potentiel de repos de la membrane et ainsi l’excitabilité cellulaire. De ce fait, ils jouent un rôle dans de nombreuses fonctions physiologiques et pathophysiologiques telles que la respiration, la nociception ou la dépression et sont de plus en plus considérés comme des cibles thérapeutiques intéressantes pour le traitement de ces pathologies. La structure de ces canaux est une caractéristique importante à considérer pour le développement de nouveaux médicaments mais les mécanismes et les régulations qui contrôlent leur activité sont peu connus.Durant mon doctorat, nous avons démontré que les canaux K2P, en particulier les sous-familles THIK et TREK, peuvent s’assembler avec un autre canal de la même sous-famille pour former un hétérodimère fonctionnel. Nous avons tout d’abord prouvé que les canaux interagissent physiquement en combinant biochimie, immunocytochimie, FRET ainsi que l’électrophysiologie. De manière intéressante, les hétérodimères ont des conductances, des régulations et une sensibilité aux agents pharmacologiques différentes de celles des canaux homodimères.Ces études montrent que la famille des canaux K2P est plus étendue et diversifiée que ce qu’il avait été attendu. La combinaison de ces canaux au sein de la même sous-famille permet de créer de nouveaux canaux fonctionnels aux propriétés originales et donc de nouvelles cibles thérapeutiques / Potassium channels are highly conserved among organisms, from plants to humans, where they are involved in several functions. Among them, the two pore domain potassium channels or K2P channels are dimers that produce background channels to control membrane resting potential and thus cell excitability. They are involved in physiological functions and diseases such as breathing, nociception or depression. They are now more and more considered as important therapeutic targets for the development of new drugs targeting these diseases. Structure-function relationship of ion channels is an important feature for the drug design but we only know little about mechanisms and regulations that control the activity of K2P channels.During my PhD, we showed that K2P channels and particularly subunits of THIK and TREK subfamilies channels can also form functional heterodimers with other subunits of the same subfamily. We first proved that subunits physically interact combining biochemistry, immunocytochemistry, FRET and electrophysiology. Interestingly, heterodimers display specific conductances, regulations and pharmacology compared to homodimers.These studies showed that the diversity and number of K2P channel conductances are larger than expected. In conclusion, mixing among subunits from the same subfamily form new channels with unique properties and so new therapeutic targets

Les premières semaines postnatales sont essentielles pour le développement de la sensibilité à la douleur et sont associées à une réorganisation structurelle et fonctionnelle des systèmes sensoriels. Les interneurones localisés dans la couche II interne (IIi) du sous noyau caudal du trijumeau (Sp5C), premier relais de l’information tactile et nociceptive orofaciale, sont des éléments clés des circuits responsables de l’allodynie mécanique orofaciale. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le développement postnatal, à la fois morphologique (en utilisant l’immunohistochimie et l’analyse morphologique tridimensionnelle) et fonctionnel (enregistrements en patch-clamp sur tranches de Sp5C), de ces interneurones. Nous nous sommes d’abord intéressés à une population très particulière d’interneurones de la couche IIi, qui expriment l’isoforme gamma de la protéine kinase C (PKCγ). Au stade le plus précoce de notre étude (3 jours postnataux, P3), les interneurones PKCγ sont présents dans toutes les couches superficielles sauf, précisément, la couche IIi. Ce n’est qu’à P6 que les premiers interneurones PKCγ peuvent être observés dans cette couche. Leur nombre y croît ensuite progressivement jusqu’à P11-15. A cet âge, leur nombre dans la couche IIi est quasiment identique à celui observé aux âges plus tardifs. De plus, nous montrons que cette augmentation du nombre d’interneurones PKCγ dans la couche IIi n’est liée ni à une prolifération cellulaire ni à l’arrivée progressive des fibres afférentes nociceptives dans le Sp5C. Nous avons également étudié le développement des interneurones de la couche IIi dans leur ensemble. Ces neurones sont l’objet d’un grand nombre de changements morphologiques, aussi bien au niveau de leur soma (augmentation du volume) que de leurs neurites (augmentation de leur longueur combinée à une diminution de leur nombre et de leurs ramifications). Sur le plan fonctionnel, les neurones de la couche IIi, à la naissance, sont plus dépolarisés, ont une rhéobase plus basse – ils seraient donc plus excitables – et montrent plus fréquemment un profil de décharge avec un seul potentiel d’action, comparés aux mêmes interneurones chez l’adulte.Toutes ces modifications structurelles et fonctionnelles des interneurones de la couche IIi du Sp5C pourraient contribuer au développement de la sensibilité orofaciale. / The first postnatal weeks are pivotal for the development of pain sensitivity and are associated with structural and functional reorganization of sensory systems. Interneurons located in the inner part of lamina II(IIi) of the caudal trigeminal subnucleus (Sp5C), the first central node in orofacial tactile and nociceptive pathways, are key elements in circuits underlying the orofacial mechanical allodynia. The aim of this thesis is to study the morphological (by using immunohistochemistry and tridimensional morphological analysis) and functional (by using whole-cell patch-clamp recordings) postnatal development of these interneurons. First, we looked at a very specific population of lamina IIi interneurons expressing the gamma isoform of the protein kinase C (PKCγ). At the earliest stage of our study (3 postnatal days, P3), PKCγ interneurons are present in all superficial layers but PKCγ interneurons can be observed in lamina IIi only at P6. The number of PKCγ interneurons within this lamina then increases gradually up to P11-15. At this age, the number of PKCγ interneurons in lamina IIi is almost the same as that at later ages. Interestingly, we show that neither cell proliferation nor the gradual projection of nociceptive fibers within the Sp5C accounts for such increase. We also studied the development of the whole population of lamina IIi interneurons. These interneurons undergo a large number of morphological changes, in their soma (increased volume) as well as neurites (concomitant increase in length and decrease in number and branching). Furthermore, according to electrophysiological properties, lamina IIi interneurons, at birth, are more depolarized, have a lower rheobase – suggesting that they are more excitable – and exhibit more frequently a single action potential discharge profile compared with mature ones. All these structural and functional changes of lamina IIi interneurons might contribute to the development of orofacial sensitivity.

Le sommeil est un phénomène biologique universel complexe et encore peu compris. La méthode de référence actuelle pour caractériser les états de vigilance au cours du sommeil est la polysomnographie (PSG) qui enregistre de manière non invasive à la surface de la peau, les modifications électrophysiologiques de l’activité cérébrale (électroencéphalographie, EEG), oculaire (électro-oculographie, EOG) et musculaire (électromyographie, EMG). Traditionnellement, les signaux électrophysiologiques sont ensuite analysés par un expert du sommeil qui annote manuellement les évènements d’intérêt comme les stades de sommeil ou certains micro-évènements (grapho éléments EEG). Toutefois, l’annotation manuelle est chronophage et sujette à la subjectivité de l’expert. De plus, le développement exponentiel d’outils de monitoring du sommeil enregistrant et analysant automatiquement les signaux électrophysiologiques tels que le bandeau Dreem rend nécessaire une automatisation de ces tâches.L’apprentissage machine bénéficie d’une attention croissante car il permet d’apprendre à un ordinateur à réaliser certaines tâches de décision à partir d’un ensemble d’exemples d’apprentissage et d’obtenir des performances de prédictions plus élevées qu’avec les méthodes classiques. Les avancées techniques dans le domaine de l’apprentissage profond ont ouvert de nouvelles perspectives pour la science du sommeil tout en soulevant de nouveaux défis techniques. L’entraînement des algorithmes d’apprentissage profond nécessite une grande quantité de données annotées qui n’est pas nécessairement disponible pour les données PSG. De plus, les algorithmes d’apprentissage sont très sensibles à la variabilité des données qui est non négligeable en ce qui concerne ces données. Cela s’explique par la variabilité intra et inter-sujet (pathologies / sujets sains, âge…).Cette thèse étudie le développement d’algorithmes d’apprentissage profond afin de réaliser deux types de tâches: la prédiction des stades de sommeil et la détection de micro-événements. Une attention particulière est portée (a) sur la quantité de données annotées requise pour l’entraînement des algorithmes proposés et (b) sur la sensibilité de ces algorithmes à la variabilité des données. Des stratégies spécifiques, basées sur l’apprentissage par transfert, sont proposées pour résoudre les problèmes techniques dus au manque de données annotées et à la variabilité des données. / Sleep is a complex and not fully understood biological phenomenon. The traditional process to monitor sleep relies on the polysomnography exam (PSG). It records, in a non invasive fashion at the level of the skin, electrophysiological modifications of the brain activity (electroencephalography, EEG), ocular (electro-oculography, EOG) and muscular (electro-myography, EMG). The recorded signals are then analyzed by a sleep expert who manually annotates the events of interest such as the sleep stages or some micro-events. However, manual labeling is time-consuming and prone to the expert subjectivity. Furthermore, the development of sleep monitoring consumer wearable devices which record and process automatically electrophysiological signals, such as Dreem headband, requires to automate some labeling tasks.Machine learning (ML) has received much attention as a way to teach a computer to perform some decision tasks automatically from a set of learning examples. Furthermore, the rise of deep learning (DL) algorithms in several fields have opened new perspectives for sleep sciences. On the other hand, this is also raising new concerns related to the scarcity of labeled data that may prevent their training processes and the variability of data that may hurt their performances. Indeed, sleep data is scarce due to the labeling burden and exhibits also some intra and inter-subject variability (due to sleep disorders, aging...).This thesis has investigated and proposed ML algorithms to automate the detection of sleep related events from raw PSG time series. Through the prism of DL, it addressed two main tasks: sleep stage classification and micro-event detection. A particular attention was brought (a) to the quantity of labeled data required to train such algorithms and (b) to the generalization performances of these algorithms to new (variable) data. Specific strategies, based on transfer learning, were designed to cope with the issues related to the scarcity of labeled data and the variability of data.