L’activité rythmique des muscles masticateurs (ARMM) pendant le sommeil se retrouve chez environ 60% de la population générale adulte. L'étiologie de ce mouvement n'est pas encore complètement élucidée. Il est cependant démontré que l’augmentation de la fréquence des ARMM peut avoir des conséquences négatives sur le système masticatoire. Dans ce cas, l'ARMM est considérée en tant que manifestation d'un trouble moteur du sommeil connue sous le nom de bruxisme. Selon la Classification Internationale des Troubles du Sommeil, le bruxisme est décrit comme le serrement et grincement des dents pendant le sommeil. La survenue des épisodes d’ARMM est associée à une augmentation du tonus du système nerveux sympathique, du rythme cardiaque, de la pression artérielle et elle est souvent en association avec une amplitude respiratoire accrue. Tous ces événements peuvent être décrits dans le contexte d’un micro-éveil du sommeil. Cette thèse comprend quatre articles de recherche visant à étudier i) l'étiologie de l’ARMM pendant le sommeil en relation aux micro-éveils, et à évaluer ii) les aspects cliniques du bruxisme du sommeil, du point de vue diagnostique et thérapeutique. Pour approfondir l'étiologie de l’ARMM et son association avec la fluctuation des micro-éveils, nous avons analysé le patron cyclique alternant (ou cyclic alternating pattern (CAP) en anglais), qui est une méthode d’analyse qui permet d’évaluer l'instabilité du sommeil et de décrire la puissance des micro-éveils. Le CAP a été étudié chez des sujets bruxeurs et des sujets contrôles qui ont participé à deux protocoles expérimentaux, dans lesquels la structure et la stabilité du sommeil ont été modifiées par l'administration d'un médicament (la clonidine), ou avec l'application de stimulations sensorielles (de type vibratoire/auditif) pendant le sommeil. Dans ces deux conditions expérimentales caractérisées par une instabilité accrue du sommeil, nous étions en mesure de démontrer que les micro-éveils ne sont pas la cause ou le déclencheur de l’ARMM, mais ils représentent plutôt la «fenêtre permissive» qui facilite l'apparition de ces mouvements rythmiques au cours du sommeil. Pour évaluer la pertinence clinique du bruxisme, la prévalence et les facteurs de risque, nous avons effectué une étude épidémiologique dans une population pédiatrique (7-17 ans) qui était vue en consultation en orthodontie. Nous avons constaté que le bruxisme est un trouble du sommeil très fréquent chez les enfants (avec une prévalence de 15%), et il est un facteur de risque pour l'usure des dents (risque relatif rapproché, RRR 8,8), la fatigue des muscles masticateurs (RRR 10,5), les maux de tête fréquents (RRR 4,3), la respiration bruyante pendant le sommeil (RRR 3,1), et divers symptômes liés au sommeil, tels que la somnolence diurne (RRR 7,4). Ces résultats nous ont amenés à développer une étude expérimentale pour évaluer l'efficacité d'un appareil d'avancement mandibulaire (AAM) chez un groupe d'adolescents qui présentaient à la fois du bruxisme, du ronflement et des maux de tête fréquents. L'hypothèse est que dans la pathogenèse de ces comorbidités, il y a un mécanisme commun, probablement lié à la respiration pendant le sommeil, et que l'utilisation d'un AAM peut donc agir sur plusieurs aspects liés. À court terme, le traitement avec un AAM semble diminuer l'ARMM (jusqu'à 60% de diminution), et améliorer le ronflement et les maux de tête chez les adolescents. Cependant, le mécanisme d'action exact des AAM demeure incertain; leur efficacité peut être liée à l'amélioration de la respiration pendant le sommeil, mais aussi à l'influence que ces appareils pourraient avoir sur le système masticatoire. Les interactions entre le bruxisme du sommeil, la respiration et les maux de tête, ainsi que l'efficacité et la sécurité à long terme des AAM chez les adolescents, nécessitent des études plus approfondies. / Approximately 60% of the general adult population experiences rhythmic masticatory muscle activity (RMMA) during sleep. The etiology of this movement is not yet understood. However, it has been demonstrated that an increased frequency of RMMA may have detrimental consequences on the stomatognathic system. In this case, RMMA is considered the manifestation of a sleep-related motor disorder known as sleep bruxism (SB). According to the definition of the International Classification of Sleep Disorders, SB is the activity of tooth grinding and clenching during sleep. The occurrence of SB-related activity, i.e., RMMA, is associated with rises of sympathetic tone, heart rate, blood pressure, and it is frequently concomitant with larger respiratory breaths. All these events can be described within a sleep arousal. The present thesis includes four research articles aimed to study i) the etiology of RMMA during sleep in relation to sleep arousal; and ii) the clinical perspectives of SB assessment and management. To further investigate the etiology of RMMA and its association with sleep arousal fluctuations we analyzed the cyclic alternating pattern (CAP), a scoring method to assess sleep instability and describe sleep arousal pressure. CAP was scored in SB subjects and controls that participated in two experimental protocols in which sleep architecture and stability were altered by either a medication (i.e., clonidine), or sensory stimulations (i.e., vibratory/auditory). Under these experimental conditions known to increase sleep instability, we were able to show that sleep arousal is not the trigger or cause of RMMA, rather the “permissive window” that facilitates the occurrence of RMMA during sleep. To evaluate the clinical relevance of SB, we conducted a survey on a 7-17 year old orthodontic population to investigate the prevalence and risk factors associated with SB. It appeared that SB is a highly prevalent sleep disorders in children (15% of prevalence), and is a risk factor for tooth wear (odds ratio, OR 8.8), jaw muscle fatigue (OR 10.5), frequent headache (OR 4.3), loud breathing during sleep (OR 3.1), and several sleep complaints, such as daytime sleepiness (OR 7.4). These findings led us to design an experimental trial using a mandibular advancement appliance (MAA) in adolescents in order to investigate the possible relationship between SB, snoring, and headache. We hypothesized that a common underlying mechanism related to breathing during sleep may be responsible for all concomitant conditions. The short-term use of an MAA appeared to reduce SB (up to 60%), and improve snoring and headache complaints in adolescents. However, the precise mechanism of action of MAA remains under debate; its effectiveness can be either related to the improvement of breathing during sleep, or its influence on the masticatory system. The interactions between SB, breathing, and headache as well as the long-term effectiveness and safety of the MAA in adolescents need further investigations. / L’attività ritmica dei muscoli masticatori (ARMM) durante il sonno si osserva in circa il 60% della popolazione generale adulta. L'eziologia di questo movimento non è stata ancora del tutto compresa. Tuttavia, è dimostrato che un’aumentata frequenza di ARMM può avere conseguenze negative sul sistema stomatognatico. In questo caso, l’ARMM è considerato la manifestazione di un disturbo motorio del sonno noto come bruxismo. Secondo la Classificazione Internazionale dei Disturbi del Sonno, il bruxismo è l'attività di digrignamento e serramento dei denti durante il sonno. La comparsa di episodi di ARMM durante il sonno è associata a un aumento del tono del sistema nervoso simpatico, della frequenza cardiaca, della pressione arteriosa, ed è spesso in concomitanza con un aumentato volume inspiratorio. Le variazioni di questi parametri fisiologici sono compresi nel contesto di un arousal (micro risveglio) del sonno. Questa tesi comprende quattro articoli di ricerca volti a studiare i) l'eziologia dell’ARMM durante il sonno in relazione all’arousal, ed a valutare ii) l’inquadramento clinico del bruxismo nel sonno. Per approfondire l'eziologia dell’ARMM e l’associazione con l’arousal nel sonno, abbiamo analizzato il cyclic alternating pattern (CAP), che permette di valutare l'instabilità del sonno e descrivere la potenza degli arousals. Il CAP è stato esaminato in soggetti con bruxismo e soggetti controllo che hanno partecipato in due protocolli sperimentali, in cui la struttura e la stabilità del sonno sono stati modificati con la somministrazione di un farmaco (la clonidina), o con l’applicazione di stimolazioni sensoriali (di tipo vibratorio/uditivo) durante il sonno. In queste condizioni sperimentali caratterizzate da un’aumentata instabilità del sonno, siamo stati in grado di dimostrare che l’arousal non è la causa o il generatore dell’ARMM, ma piuttosto la "finestra permissiva" che facilita il verificarsi di questi movimenti ritmici durante il sonno. Per valutare la rilevanza clinica del bruxismo, abbiamo condotto uno studio epidemiologico in una popolazione pediatrica afferente alla clinica di ortodonzia per studiare la prevalenza e i fattori di rischio associati al bruxismo. Questa ricerca ha evidenziato che il bruxismo è un comune disturbo del sonno nei bambini (con una prevalenza del 15%), ed è un fattore di rischio per usura dentale (odds ratio, OR 8.8), fatica dei muscoli masticatori (OR 10.5), mal di testa frequenti (OR 4.3), respirazione rumorosa durante il sonno (OR 3.1), e diversi sintomi legati al sonno, quali la sonnolenza diurna (OR 7.4). Questi risultati ci hanno portato a progettare uno studio sperimentale per valutare l’efficacia di un apparecchio di avanzamento mandibolare (AAM) in un gruppo di adolescenti che presentavano al contempo bruxismo, russamento e frequenti cefalee. L’ipotesi è che nella patogenesi di tali comorbidità, vi sia un meccanismo comune, probabilmente legato alla respirazione durante il sonno, e che l’utilizzo di un AAM possa quindi avere un beneficio multiplo. Il trattamento a breve termine con un AAM sembra diminuire l’ARMM (fino al 60%) e migliorare il russamento e i mal di testa negli adolescenti. Tuttavia, l'esatto meccanismo di azione degli AAM rimane incerto; la loro efficacia può essere correlata sia al miglioramento della respirazione durante il sonno, ma anche all’influenza che questi apparecchi svolgono sul sistema masticatorio. Le interazioni tra il bruxismo nel sonno, la respirazione, e le cefalee, così come l'efficacia e la sicurezza a lungo termine degli AAM negli adolescenti, necessitano di ulteriori studi clinici.

Le propos de cette thèse est de réfléchir sur la notion philosophique de Maine de Biran : l' "aperception immédiate". L'aperception immédiate, c'est le moment où je m'aperçois de moi, où je saisis immédiatement l'évidence de mon existence. Biran a relié ce moment au mouvement volontaire, le mouvement dont le but est le mouvement lui-même. Quelle est la signification philosophique de cette corrélation ? Dans cette thèse, à l'entremise de Félix Ravaisson et de Kitarô Nishida, nous trouverons que le mouvement volontaire chez Biran est d'abord la réflexion, qui nous fait reconnaître nous-même, et puis il est ultimement considéré comme création, l'acte de s'engager dans le monde réel et historique.

Cette thèse vise à comprendre l'évolution des attitudes à l'égard de la différence chez les enfants de cycle 2 et de leurs enseignants - à travers leur expression orale - avant et au cours de l'apprentissage d'une langue vivante à l'école. La recherche longitudinale a commencé en maternelle grande section (rentrée scolaire 2012-2013) auprès de six groupes-classes de trois écoles situées dans la région Provence-Alpes-Côte d'Azur pour un effectif total de 155 élèves et de 6 enseignantes. L'étude s'est poursuivie l'année suivante en cours préparatoire (2013-2014) auprès des mêmes groupes-classes puis s'est achevée l'année suivante à mi-parcours du cours élémentaire 1 (2014-2015) auprès d'un effectif final de 112 enfants. Les attitudes et l'expression orale des enfants et de leurs enseignantes ont été observées ponctuellement à chaque rentrée scolaire pour les enfants et continuellement pour les deux acteurs tout au long de l'année à travers la mise en place d'un projet nommée "Éveil aux Langues-Cultures du Monde" (EALCM) inspiré du Cadre de Référence pour les Approches Plurielles des Langues et des Cultures (Michel Candelier et al., 2012). La recherche analyse par conséquent l'évolution de la disposition attitudinale des enfants et de leurs enseignantes à l'égard de l'Autre sur la période triennale en prenant appui essentiellement sur les interactions verbales qui se sont nouées entre eux en classe. / This dissertation aims to understand the evolution of attitudes regarding the concept of difference among Cycle 2 children and their teachers - through their oral expression - before and throughout the learning process of a foreign language at school. The longitudinal study started in 2012-13 in three kindergarten schools located in the region of Provence-Alpes-Côte d'Azur comprehending a total of 155 students and 6 teachers. The study continued the following years (2013-14 and 2014-15) with the same groups in the 1st and 2nd grades of Elementary school with a total of 112 students. The attitudes and the oral expression of the students and of their teachers were observed in the beginning of each school year through a project here named "Éveil aux Langues-Cultures du Monde" (EALCM) inspired by the FREPA A Framework of Reference for Pluralistic Approaches to Languages and Cultures (Michel Candelier et al., 2012). The research analyses the evolution of the attitudinal disposition of the children and their teachers during a triennial period essentially considering their verbal interactions in the classroom.

L’activité électrique du cerveau lors de l’éveil est traditionnellement décrite comme rapide, microvoltée, et « désynchronisée ». De récents travaux chez les rongeurs ont montré que l’activité de l’éveil est plus complexe et varie notamment avec les contraintes comportementales. Chez la souris, il est possible d’enregistrer localement dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) deux types d’activités associées aux comportements d’éveil calme et d’éveil « actif », lors de l’exploration de l’environnement par les moustaches. La première étude de cette thèse a permis de montrer que les activités corticales dans S1 lors des éveils calme et actif sont sous le contrôle principal du thalamus et, dans une moindre mesure, du système cholinergique. Pour ce faire, nous avons utilisé différentes méthodes : des enregistrements électrophysiologiques du thalamus et du cortex, l’activation optogénétique ou l’inactivation pharmacologique du thalamus. Au cours de la seconde étude, nous avons voulu savoir si le changement d’état d’éveil dans S1 s’observait dans d’autres structures. En réalisant des enregistrements multisites, nous montrons qu’il est possible d’observer ce changement d’état cortical suivant l’activité motrice de la souris en particulier dans les cortex sensori-moteurs (S1, sensoriel secondaire S2, moteur primaire M1), et de manière moins présente dans d’autres modalités sensorielles (auditif primaire Au1, visuel primaire V1), le pariétal associatif (PtA) ou l’hippocampe (dCA1). L’étude d’enregistrements multisites montre une hétérogénéité des activités corticales de l’éveil liée d’une part au comportement de l’animal, et d’autre part aux régions corticales considérées / The activity in the brain during wakefulness has been typically described as rapid, low amplitude and desynchronized. However, recent data on rodents support evidence for a more complex panel of activities depending on the behaviour. For instance, it has been shown in mice a state change in primary somatosensory cortex (S1) from quiet to active wakefulness while the animal is scanning the environment with its whiskers. In the first study, we show that this state change in S1 is under thalamic control and to a smaller extent a regulation by the cholinergic system. In order to study the underlying mechanism of the state change, we have recorded in S1 and the thalamus, and we have activated (optogenetic tools) or inactivated (with pharmacology) the thalamus. In the second part of this thesis work, we asked if the state change related to the behaviour was restricted to S1, or if it was also observed in other areas. We have done multiple recordings in several areas, and we show that it is possible to observe a state change related to muscular activity in sensori-motor areas (in S1, but also secondary sensory S2, and primary motor M1 cortex), and in a much less prominent extent in other sensory modalities (primary auditive Au1 and primary visual V1 cortex), in parietal associative cortex (PtA) and in hippocampus (dCA1). Thus, the multiple recordings in the secondary study show heterogeneity of cortical activities during wakefulness according to the behaviour and the cortical area recorded

Objet de nombreuses spéculations religieuses ou philosophiques, le rêve reste encore l'une des grandes terra incognita de la cognition humaine.Une des questions récurrentes sur le rêve porte sur la grande variabilité de fréquence de rappel de rêve. En effet, alors que certaines personnes se souviennent de leurs rêves quotidiennement (« Rêveurs »), d'autres ne s'en souviennent que très rarement (« Non-rêveurs »). Le principal objectif de notre travail de thèse a été de caractériser les corrélats cérébraux et comportementaux de cette variabilité interindividuelle, en comparant entre ces deux groupes la structure du sommeil (Étude 1), mais aussi l'activité cérébrale pendant les minutes qui suivent le réveil (Étude 2). Nous avons entre autres montré que les « Rêveurs » faisaient preuve d'une plus grande connectivité fonctionnelle au sein du réseau par défaut et de régions impliquées dans des processus mnésiques dans les minutes suivant l'éveil, ce qui pourrait faciliter chez ces personnes le rappel et/ou la consolidation du rêve. Cette étude nous a également permis, grâce à l'analyse des nombreuses réponses obtenues au questionnaire de recrutement, de mesurer les habitudes de sommeil et de rêve chez un échantillon large d'étudiants de l'Université de Lyon 1 (Étude 3).Dans une quatrième étude comportementale, nous nous sommes intéressés au lien existant entre la vie éveillée et le contenu du rêve. Nos résultats ont permis de mieux caractériser les facteurs influençant la probabilité d'incorporation des évènements de la vie éveillée dans le rêve, et ont mis en évidence l'importance du rêve dans des processus de régulation émotionnelle.Finalement, en parallèle de ces travaux, nous nous sommes attachés au développement d'un logiciel gratuit de visualisation et d'analyse de tracés de polysomnographie, dont l'objectif est de fournir une interface intuitive et portable aux étudiants et chercheurs travaillant sur le sommeil / Since the dawn of time, humans have sought to understand the nature and meaning of their dreams. However, despite millennia of philosophical speculation and more than a century of scientific exploration, several questions regarding dreams remain pending.One question that constitutes the core problematic of this thesis relates to why there are such individual differences in the frequency of dream recall, or in other words, why some people remember up to several dreams per morning (High-recallers, HR) while some hardly ever recall one (Low-recallers, LR). To characterize the cerebral and behavioral correlates of this variability, we compared the sleep microstructure (Study 1), as well as the brain functional connectivity in the minutes following awakeningfrom sleep, a period marked by sleep inertia (Study 2). Among other results, we have shown that just after awakening, HR demonstrated a greater functional connectivity within regions involved in memory processes (default mode network). We proposed that this reflect a differential neurophysiological profile, which could facilitate in HRthe retrieval of dream content upon awakening. Second, the numerous answers to the recruitment questionnaire of this study allowed us to conduct an epidemiological survey to characterize the sleep and dream habits of a large sample of French college students from Lyon 1 University (Study 3). In another study, we focused on the relationships between waking-life and dream content (Study 4). Our results enhanced and refined our comprehension of the factors influencing the likelihood of incorporation of waking-life elements into dreams, and provided support for the hypothesis of an active role of dreaming in emotional regulation.Lastly, we designed a free and open-source software dedicated to the visualization and analysis of polysomnographic recordings (Study 5), which aims at providing an intuitive and portable graphical interface to students and researchers working on sleep

Chez les patients présentant un trouble de la conscience l'évaluation de leurs fonctions cognitives résiduelles est un enjeu clinique majeur, limité par la faible sensibilité des tests. La musique en tant que stimulation émotionnelle en lien avec la mémoire autobiographique pourrait représenter une stimulation cognitive de choix chez cette population. De nombreuses études ont rapporté les effets bénéfiques d'une exposition à la musique sur le fonctionnement cognitif, à la fois normal et pathologique, mais aucune n'a permis de déterminer objectivement de tels effets chez les patients en état de conscience altérée. Ce travail de thèse s'articule en trois études principales : 1) la présentation d'extraits musicaux préférés chez des patients en éveil de coma est liée à une importante connectivité cérébrale au sein de structures corticales participant à la perception de la musique et à la récupération d'informations autobiographiques ; 2) la réponse cognitive au propre prénom P300 obtenue chez des patients en éveil de coma est évoquée plus souvent lorsque ce dernier est précédé d'un extrait musical préféré ; 3) un contexte musical personnel familier entraîne l'activation de multiples structures cérébrales notamment celles impliquées dans l'analyse de stimulations autobiographiques. L'ensemble de ces travaux témoigne du recrutement de nombreux réseaux cérébraux lors de l'écoute musicale que ce soit chez les sujets sains et les patients en éveil de coma et suggère l'existence d'un possible amorçage autobiographique par la musique. Ainsi, l'emploi de la musique permettrait de favoriser l'expression des capacités cognitives et conscientes des patients en coma et en éveil de coma / Evaluating the residual cognitive functions in patients with disorders of consciousness is a major clinical challenge, restricted by the poor sensitivity of clinical tests. Music as a highly familiar and emotional stimulus in close relationship with autobiographical memory may be constitute a relevant tool for cognitive stimulation. Numerous studies have demonstrated that music listening conveys beneficial effects on cognitive processes as well as both normal and pathologic cerebral functioning. Surprisingly, no quantitative study has evaluated the potential effects of music on cognition and consciousness in comatose and post-comatose patients. The present thesis revolves around three studies: 1) an increased functional connectivity during exposure of favourite music is shown in cortical structures linked to music perception and memory search processes for post-comatose patients; 2) the cerebral response to the first name, the P300 component, is more often observed in post-comatose patients when its presentation was preceded by a preferred musical excerpt; 3) listening to personally relevant music is associated to activations in many cerebral structures, particularly in regions linked to autobiographical memory retrieval and self-processing. The whole of this work reveals that listening music involves numerous cerebral networks whether it be in healthy subjects or post-comtaose patients. These results also suggest the presence of an autobiographical priming by music. Finally, the use of music in clinical context can be boost the cognition in comatose and post-comatose patients

No description available.

La narcolepsie de type 1 (NT1) est une maladie neurologique rare caractérisée par une hypersomnolence diurne et des cataplexies - pertes de tonus musculaire pendant l'éveil provoqué par une émotion forte. Chez l'homme, la NT1 est due à la mort spécifique et postnatale des neurones à orexine (Orex) promoteurs de l'éveil, et est considérée comme une pathologie de l'éveil. Toutefois, les observations cliniques suggèrent une dérégulation du sommeil paradoxal (SP) dans cette pathologie. Les patients NT1 ont une latence d'apparition du SP très courte et de fréquents endormissements en SP. De plus, la similitude entre l'atonie musculaire de la cataplexie et celle caractéristique du SP nous mène à penser que la narcolepsie serait également une pathologie du SP. Cette hypothèse a été testée à travers deux études menées sur un modèle murin de narcolepsie : la souris Orex-KO. Dans une 1ère étude nous avons objectivé que malgré une régulation homéostasique du SP intacte, la souris Orex-KO a une propension élevée à faire du SP pendant la phase active. Nous avons alors suggéré un nouveau rôle pour le neuropeptide Orex, celui d'inhibition du SP. Puis, nous avons cherché à déterminer si le réseau neuronal de l'atonie musculaire du SP était recruté pendant les cataplexies. Nos données suggèrent que contrairement à l'hypothèse généralement admise, les neurones glutamatergiques du noyau sublatérodorsal (SLD) ne sont pas suffisants à la mise place des cataplexies et ne seraient que partiellement impliqués dans ce symptôme. Ce travail de thèse a permis de mieux comprendre le rôle des Orex dans la NT1, et d'approfondir nos connaissances sur les mécanismes neurobiologiques de la cataplexie / Narcolepsy type 1 (NT1) is a rare neurological disease characterized by an excessive daytime sleepiness and episodes of cataplexy – a sudden loss of muscular tone triggered by strong emotions during wakefulness. In humans, NT1 is due to the specific and postnatal loss of orexin (Orex) neurons involved in wake promotion. It led to describe NT1 as a wake disease. However, clinical observations have suggested a disrupted regulation of paradoxical (or REM) sleep in narcolepsy. Indeed, NT1 patients have shorter latency to enter REM sleep and frequent sleep onset in REM sleep. More, muscular atonia observed in cataplexy is one of the main feature of REM sleep. Together, those data led to the hypothesis that narcolepsy would be also a REM sleep disease. We’ve investigated this hypothesis in two different studies performed on a recognize model of murine narcolepsy: the Orex-KO mouse. In a 1st study, we found that despite an intact REM sleep homeostasic regulation, Orex-KO mice had an increased REM sleep propensity during active phase. We’ve suggested a new role of REM sleep inhibition for the neuropeptide Orex. Then, we aimed to determine whether REM sleep atonia and cataplexy shared the same neuronal network. In contrast to the currently admitted hypothesis, we demonstrate that glutamatergic neurons of the sublaterodorsal nucleus (SLD) are not sufficient to generate cataplexy, and are only partially involved in this symptom. Taken together, data harvested during this thesis help us to better understand the role of Orex in NT1 and to improve our knowledge about the neurobiological mechanisms of cataplexy

No description available.

La question maîtresse de nos investigations était: Comment les modulations des signaux excitateurs et inhibiteurs mènent à des changements d’état de conscience dans le cerveau – est-ce que l’éveil, le sommeil et le coma sont simplement des points repères dans un continuum allant de la prédominance de l’excitation (pendant l’éveil) à une prévalence ultime de l’inhibition (pendant le coma)? Nous avons tenté de répondre à cette question par une approche à plusieurs niveaux, incluants a) la modulation sub-cellulaire des concentrations ioniques, b) la réactivité intracellulaire à des stimuli externes, et c) des mesures de l’activité globale du cerveau par électroencéphalogramme (EEG). Nos études ont porté exclusivement sur des expériences réalisées in vivo en aigu sur des rats et des chats profondément anesthésiés. Sachant que l’un des facteurs dans la modulation de l’inhibition est la régulation des entrées et sorties du chlore dans les cellules nerveuses, nos investigations ont débuté en questionnant l’influence que cet ion pourrait avoir sur les réponses inhibitrices du réseau. La signalisation inhibitrice basée sur le chlore a pour pré-requis un certain gradient électrochimique entre le cytoplasme et l’espace extracellulaire. Jusqu’à maintenant, il a été largement admis que la diffusion fournissait la force nécessaire à une égale distribution du Cl- dans l’espace extracellulaire et qu’une petite redistribution prenait place après de fortes activités dans le réseau, incluant la signalisation inhibitrice. Par opposition, nous avons montré une différence significative entre les niveaux de Cl- extracellulaire disponibles dans une même région au sein de notre structure cible, la formation hippocampique. Ces résultats suggèrent que le cerveau pourrait employer des mécanismes pour contrer le processus de diffusion et ainsi créer des accumulations spécifiquement régionales d’ions – le plus probablement pour supporter les besoins en approvisionnement. Dans notre modèle, les états de conscience étaient contrôlés par l’induction d’une anesthésie générale; nous avons donc éteint intentionnellement la balance excitation-inhibition des mécanismes de signalisation du cerveau. Des recherches précédentes ont montré que l’anesthésie avec de l’isoflurane amenait l’inconscience par la modulation des neurones thalamocorticaux. Ces neurones agissent en tant que relai pour les signaux sensoriels afférents en route vers le cortex. L’isoflurane hyperpolarise la membrane cellulaire de ces neurones et réduit donc leur réactivité aux signaux synaptiques externes. Il semblerait que la plupart des neurones corticaux ne soient pas soumis à la modulation de l’isoflurane de la même façon. Au contraire, nous avons observé une diminution des réponses inhibitrices aux stimuli afférents dans les neurones corticaux sous l’augmentation des niveaux d’isoflurane, plus spécifiquement pendant les conditions produisant le coma induit par l’anesthésie. En complément à ces micro-mécanismes dynamiques, nous avons aussi investigué les processus globaux au niveau du cerveau entier qui se rapportent à l’inhibition. Nous avons observé 2 nouveaux phénomènes sous ces conditions d’anesthésie : Premièrement, nous avons démontré que même pendant les états comateux, des stimulations sous-liminales pouvaient induire des réponses cérébrales en bouffées, i.e. des bursts. Cependant, cela n’est observé que pendant une certaine fenêtre temporelle de l’anesthésie; lors du passage d’un état similaire au sommeil à l’état de coma. Donc, des réponses synaptiques peuvent en effet être induites même pendant des états comateux. Cette découverte pourrait constituer une pièce vitale du casse-tête pour les cliniciens travaillant avec les patients comateux et tentant de revitaliser leurs circuits cérébraux. En second lieu, nous avons observé un nouveau patron d’activité cérébrale émergeant d’une anesthésie à forte dose d’isoflurane – au-delà des niveaux requis pour l’induction d’une ligne d’EEG isoélectrique. Cette découverte surprenante démontre l’importance de la balance, au niveau d’un circuit, entre l’excitation et l’inhibition, car bien que la ligne isoélectrique semble signifier l’ultime domination de l’inhibition, une forme d’activité excitatrice peut émerger et revitaliser les circuits cérébraux. Nous concluons que l’excitation et l’inhibition pourraient ne pas se balancer dans un mode de tout ou rien et qu’une augmentation de l’inhibition ne cause pas automatiquement le sommeil et/ou le coma. Plutôt, l’excitation et l’inhibition devraient être comprises en tant que processus très localisés pendant lesquels l’activité de quelques neurones peut faire pencher la balance entre les états de conscience. / The guiding question for our investigations was: How do modulations in excitatory and inhibitory signaling lead to changes in the state of consciousness in the brain - are wakefulness, sleep and coma only landmarks on a continuum ranging from predominance of excitation (during wakefulness) to an ultimate prevalence of inhibition (during coma)? We addressed this question by a multilayered approach including a) sub-cellular investigations of modulations of ionic concentrations, b) intracellular responsiveness to excitatory stimuli, and c) EEG measures of whole-brain activity. Our studies were carried out exclusively in acute in vivo experiments on deeply anesthetized rats and cats. Since one of the factors in modulating inhibition is the accessibility of chloride inside- and outside of nerve cells, we began our investigations by asking which influence the availability of this ion might have on inhibitory network responses. Chloride-based inhibitory signaling requires a certain electrochemical gradient between the cytoplasm and the extracellular space as a permissive prerequisite. Thus far, it is widely assumed that diffusion provides a sufficient driving force to evenly distribute Cl- within the extracellular space and that a small re-distribution takes place after strong network activity including inhibitory signaling. In contrast we show a significant difference in regional levels of available extracellular Cl- within our target structure, the hippocampal formation. These findings suggest that the brain might employ mechanisms to counteract diffusion processes and thus create region-specific accumulations of ions - most likely to support needs of supply and demand. In our model, the states of vigilance and consciousness were controlled by application of general anesthesia and by doing so we intentionally offset the balance of excitatory and inhibitory brain signaling mechanisms. Previous research has shown that isoflurane anesthesia induces unconsciousness by modulating thalamocortical neurons. These neurons act as a relay for afferent sensory signals en route to the cortex. Isoflurane hyperpolarizes the cell membrane of these neurons and thus reduces their responsiveness to excitatory synaptic signaling. At the same time it appears that most cortical neurons are not subjected to isoflurane modulation in the same way. On the contrary, we observed diminishing inhibitory responses to afferent stimuli in cortical neurons under increasing levels of isoflurane, especially during conditions producing anesthesia-induced coma. In addition to these micro dynamic mechanisms we also investigated global whole-brain processes pertaining to inhibition. Under conditions of deep anesthesia, we observed two novel phenomena: Firstly, we demonstrated that even during comatose states, subliminal stimulations can elicit brain bursting responses - however only during a certain window during the anesthesia-induced passage from sleep-like behaviors to coma. Therefore, synaptic responses can indeed be elicited even during comatose states. This finding may constitute a vital piece of the puzzle for clinicians working with comatose patients and trying to re-vitalize brain circuits. Secondly, we observed a novel brain activity pattern which emerges under extremely high applications of isoflurane anesthesia – beyond the levels required for induction of a continuously flat (isoelectric) EEG line. This surprising finding demonstrates the importance of the circuit-level balance between excitation and inhibition, as even though the isoelectric line might appear to pose the ultimate dominance of inhibition, some form of excitatory activity can emerge and re-vitalize brain circuits. We conclude that excitation and inhibition might not balance in an all-or-none fashion and that an increase in inhibition does not automatically cause sleep and/or coma. Rather, excitation and inhibition should be understood as very localized processes during which the activity of a few neurons can tip the balance between the states of consciousness.