Les troubles respiratoires du sommeil ont une prévalence élevée dans la population générale, l’apnée obstructive du sommeil étant le plus important de ces troubles. Malgré tout, une grande proportion des patients avec apnée ne sont pas diagnostiqués. La méthode la plus complète pour diagnostiquer l’apnée est l’enregistrement d’une nuit de sommeil par polysomnographie, aussi appelée enregistrement de type 1, qui est un processus long et coûteux. Pour surmonter ces difficultés, des appareils d’enregistrements portables (ou de type 3) ont été développés. Toutefois, ces enregistrements de type 3 ne capturent pas l’activité cérébrale, mesurée avec l’électroencéphalographie (EEG). Le présent mémoire décrit une étude comparative entre les enregistrements de type 1 et de type 3. Tous les événements respiratoires d’apnée, d’hypopnée et d’éveils liés à un effort respiratoire (RERA, en anglais) seront analysés ainsi que les éveils cérébraux (ou éveils EEG) et les éveils autonomiques. Ces éveils autonomiques se définissent par une hausse de la fréquence cardiaque suite à un événement respiratoire. Pour enrichir les analyses, les variables respiratoires suivantes ont été étudiées : une chute de la saturation en oxygène de 4 % (ODI), l’index d’apnée-hypopnée (IAH), l’indice de perturbations respiratoires avec apnées + hypopnées + RERAs et les éveils EEG (RDIe, en anglais) et le RDI incluant les éveils autonomiques définis par une augmentation de la fréquence cardiaque de 5 bpm (RDIa5). L’objectif de la présente étude est d’évaluer la proportion d’événements respiratoires avec éveils autonomiques ainsi que leur impact sur le RDI des enregistrements de type 1 et 3. L’hypothèse suggère que les événements avec éveils autonomiques auraient un plus grand impact sur le RDI des enregistrements de type 3 contrairement au type 1. Cette étude inclut 72 sujets ayant suivi un enregistrement de polysomnographie complète de type 1 ainsi que 79 sujets différents ayant suivi un enregistrement ambulatoire de type 3. Les analyses suivantes ont été effectuées : 1) les pourcentages d’événements associés avec seulement des éveils autonomiques dans les enregistrements de type 1 et de type 3 ; 2) les fréquences de migration entre les catégories basses et élevées de sévérité de l’AHI en prenant en compte les événements associés avec seulement des éveils autonomiques ; 3) les Bland-Altman (B-A) pour mesurer l’accord entre l’AHI, le RDIe et le RDIa5 (type 1), et entre l’AHI et le RDIa5 (type 3) et ; 4) les corrélations de Pearson et les coefficients de corrélation intraclasse (ICC) pour mesurer l’accord entre l’AHI, le RDIe et le RDIa5 (type 1), et entre l’AHI et le RDIa5 (type 3). L’utilisation du critère de RDIa5 permet d’ajouter 49 % d’événements comptés avec l’AHI pour les enregistrements de type 1, et 51 % d’événements pour ceux de type 3. La présente étude montre que les éveils autonomiques ont un impact similaire autant pour le RDI des enregistrements de type 3 que de type 1. En conclusion, on peut affirmer que le RDIa5 est acceptable et fiable pour les enregistrements de type 3. / The general adult population has a high prevalence of sleep breathing disorders, of which obstructive sleep apnea is the most common, yet many cases remain undiagnosed. Although overnight laboratory polysomnography, called type 1 recording, is the most effective diagnostic tool, it is expensive and time-consuming. To overcome these disadvantages, several portable home (type 3) recording devices have been developed. However, they do not measure brain activity (with EEG). This study presents a comparison between type 1 and type 3 recordings. All apnea, hypopnea, and RERA respiratory events were analyzed, as well as cerebral arousals (EEG arousals) and autonomic arousals. Autonomic arousals are defined by increased heart rate following a respiratory event. To enrich the analysis, the following respiratory outcome measures were included: 4% oxygen saturation index (ODI), apnea-hypopnea index (AHI), respiratory disturbance index with apneas + hypopneas + RERAs including EEG arousals (RDIe), and RDI including autonomic arousals scored as an increase of 5 bpm (RDIa5). The objective of this study was to determine the proportion of respiratory events associated with autonomic arousals and the impact on RDI detected with type 1 compared to type 3 recordings. The hypothesis is that respiratory events with autonomic arousals will have a greater impact on RDI using type 3 compared to type 1 recordings. This study included 72 subjects who underwent type 1 full polysomnography recording and 79 different subjects underwent type 3 ambulatory recording. The following analyses were performed: 1) percentage of events associated with only autonomic arousals in type 1 and type 3 studies; 2) frequency of migration from lower to higher AHI severity category when accounting events associated with only autonomic arousals; 3) Bland-Altman (B-A) for agreement between AHI, RDIe, and RDIa5 (type 1) and AHI and RDIa5 (type 3) and; 4) Pearson correlations and intraclass coefficient correlation (ICC) for agreement between AHI, RDIe and RDIa5 (type 1) and between AHI and RDIa5 (type 3). The use of the RDIa5 criterion increased the number of AHI scoring events by 49% for type 1 recordings and by 51% for type 3 recordings. These results show that autonomic arousals have a similar impact on RDI data using both type 3 and type 1 recordings. We conclude that RDIa5 is a suitable and reliable criterion for type 3 recordings.

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

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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Trois états de vigilance, caractérisés par une activité cérébrale spécifique, sont habituellement décrits chez l'Homme: la veille, le sommeil lent et le sommeil paradoxal. Cependant, certaines situations cliniques comme les parasomnies ou l'inertie de sommeil, ainsi que des travaux expérimentaux récents chez l'animal et chez l'homme, suggèrent la possibilité d'états intermédiaires ou transitionnels. L'étude des micro- éveils apparait pertinente pour appréhender les phénomènes de transition entre états de vigilance. Pour caractériser les micro-éveils chez l'Homme, nous avons enregistré l'activité EEG au cours de micro-éveils "spontanés" ou déclenchés par des stimulations nociceptives, en sommeil lent et en sommeil paradoxal, chez 8 patients épileptiques pharmaco-résistants bénéficiant d'un bilan pré-chirurgical invasif stéréo-électro- encéphalographique. Les puissances spectrales dans différentes bandes de fréquence au cours des micro-éveils ont été comparées à celles déterminées sur le signal précèdant le micro-éveil. Le thalamus (pulvinar médian), le cortex sensorimoteur primaire et plusieurs aires corticales associatives ont été étudiés. Nous avons observé 1) une grande reproductibilité intra et interindividuelle des modifications d'activité EEG associées aux micro-éveils dans le thalamus, et qui correspondent à un état intermédiaire entre la veille et le sommeil. 2) une importante hétérogénéité des modes d'activation corticale au cours des micro-éveils, quand bien même l'activation sous- corticale est stéréotypée. Différents facteurs participent à cette variabilité : le cortex considéré, le stade de sommeil au cours duquel le micro-éveil survient, la nature du stimulus à l'origine du micro-éveil, ou encore des phénomènes homéostatiques. 3) que la composition spectrale du signal au cours des micro-éveils dansle cortex était différente de l'état de veille, ce qui situe les micro-éveils hors du spectre des états de vigilance classiquement différenciés et constitue un argument en faveur du fait que la transition entre le sommeil et la veille au niveau cortical ne se fait pas de façon abrupte et binaire. Ainsi, les micro-éveils apparaissent comme des états d'activation cérébrale régulés au moins en partie localement par des mécanismes impliqués dans la gestion d'une double nécessité théoriquement contradictoire : permettre au dormeur de réagir à des stimulations pertinentes, tout en préservant la continuité du sommeil / Wakefulness, non rapid eye movement (NREM) and rapid eye movement (REM) sleep are characterized by specific brain activities. However, recent experimental findings as well as various clinical conditions (parasomnia, sleep inertia) have revealed the presence of transitional states. Brief intrusions of wakefulness into sleep, namely arousals, appear as relevant phenomena to characterize how brain commutes from sleep to wakefulness. Using intra-cerebral recordings in 8 drug-resistant epileptic patients we analyzed electroencephalographic (EEG) activity during spontaneous or nociceptive-induced arousals in NREM and REM sleep. Wavelet spectral analyses were performed to compare EEG signals during arousals, sleep and wakefulness, simultaneously in the thalamus, and primary, associative or high order cortical areas. We observed that: 1) thalamic activity during arousals is stereotyped and its spectral composition corresponds to a state in-between wakefulness and sleep 2) patterns of cortical activity during arousals are heterogeneous, their manifold spectral composition being related to several factors such as sleep stages, cortical areas, arousal modality ("spontaneous" vs nociceptive-induced) and homeostasis; 3) spectral compositions of EEG signals during arousal and wakefulness differ from each other. Thus, stereotyped arousals at the thalamic level seem to be associated with different patterns of cortical arousals due to various regulation factors. These results suggest that human cortex does not shift from sleep to wake in an abrupt binary way. Arousals may be considered more as different states of the brain than as "short awakenings". This phenomenon may reflect the mechanisms involved in the compromise needed to be found between two main contradictory functional necessities, preserving the continuity of sleep and maintaining the possibility to react

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