La lumière influence profondément la physiologie humaine, en plus de permettre la vision. Elle constitue le synchronisateur principal des rythmes circadiens et induit des effets physiologiques immédiats. Ces effets concernent des fonctions non-visuelles telles que la régulation du rythme veille/sommeil, de la température corporelle, de fonctions endocrinologiques, de léveil et des performances. Plusieurs études de ces effets réalisées chez lanimal et chez lhomme ont montré limplication dun système de photoréception non-visuel sensible surtout aux courtes longueurs donde (~470nm ; bleu). Ce système utilise les photorécepteurs classiques (cônes et bâtonnets), en plus de cellules ganglionnaires rétiniennes (CGR) intrinsèquement photosensibles, et exprimant la mélanopsine. Ces CGR se connectent à de nombreux noyaux sous-corticaux et corticaux, ce qui suggère un rôle du système non-visuel dans de nombreuses fonctions cérébrales. Cependant, au delà de ces projections rétiniennes directes, les autres régions du cerveau impliquées sont très peu connues. Une étude en tomographie par émission de positons (TEP), réalisée à lUniversité de Liège, a démontré que leffet éveillant dune lumière nocturne intense (>8000lux) pouvait moduler lactivité cérébrale liée à une tâche attentionnelle. Cette étude, ainsi que quelques données dEEG, résume notre connaissance des mécanismes cérébraux impliqués dans le système non-visuel chez lhomme. De plus, la majorité des études sur ces effets ont été entreprises la nuit. Nous avons réalisé trois études en imagerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf) utilisant des expositions lumineuses diurnes pour mieux caractériser le système cérébral non-visuel chez lhomme. LIRMf bénéficie dune meilleure résolution spatiale et temporelle que la TEP et permet la caractérisation dactivités cérébrales liées à un processus cognitif précis. La première étude met en évidence des réponses cérébrales liées à une tâche attentionnelle avant et après une exposition lumineuse intense (>7000lux) de 21min. Lamélioration de léveil subjectif induite par la lumière est liée à une augmentation de lactivité thalamique. De plus, la lumière augmente lactivité dun réseau de régions corticales impliquées dans la tâche, prévenant les diminutions dactivités observées en obscurité continue. Ces augmentations déclinent en quelques minutes après larrêt de la lumière, en suivant des dynamiques diverses spécifiques à chaque région. Ces premiers résultats suggèrent que, via une modulation de lactivité de structures sous-corticales régulant léveil, la lumière peut promouvoir dynamiquement lactivité corticale de réseaux impliqués dans un processus cognitif non-visuel. La deuxième étude montre que de courtes expositions (18min) à des lumières monochromatiques (3x1013ph/cm2/s) bleues (470nm) ou vertes (550nm) affectent différemment les réponses cérébrales liées à une tâche de mémoire de travail. La lumière bleue augmente les réponses cérébrales ou, du moins, prévient les diminutions observées sous lumière verte dans des cortex pariétaux et frontaux impliqués dans la mémoire de travail, ainsi que dans le thalamus. Ces résultats montrent quune lumière monochromatique peut rapidement influencer les fonctions cognitives et suggèrent que ces effets sont induits via un système de photoréception qui utilise la mélanopsine. La dernière étude répétait, XXX. Ces résultats démontrent quune exposition lumineuse diurne peut moduler lactivité cérébrale non-visuelle liée à deux fonctions cognitives complexes. La lumière agit rapidement en fonction de la région cérébrale et de la longueur donde considérées. Les sensibilités aux différentes longueurs dondes suggèrent limplication dun système de photoréception utilisant la mélanopsine. XXX. Les résultats suggèrent également une implication étendue de la lumière dans la régulation des fonctions cérébrales chez lhomme et soutiennent son utilisation pour contrecarrer la somnolence diurne et traiter des désordres circadiens et psychiatriques.

La lumière influence fortement la physiologie et le comportement en exerçant des effets non-visuels de deux types : i) indirects, via la resynchronisation de l’horloge centrale qui est située dans les noyaux suprachiasmatiques (NSC), ii) directs, indépendants du processus circadien, via des mécanismes encore mal compris. Nos travaux chez la souris ont montré que l’influence directe de la lumière constitue un mécanisme majeur de régulation du sommeil, de l’éveil et de l’humeur, au même titre que le processus circadien. Ces effets sont majoritairement médiés par la mélanopsine, un photopigment exprimé dans la rétine, et relayés au niveau cérébral par différentes structures comme les NSCs et le VLPO. Ainsi, le rôle des NSCs ne doit pas être interprété qu’au travers de leur fonction d’horloge. Ensuite, dans une perspective de recherche translationnelle de l’animal à l’homme, nous avons validé Arvicanthis ansorgei, comme modèle d’étude du sommeil afin de pouvoir interpréter nos résultats chez un rongeur diurne. Enfin, de nombreuses données suggérant que les effets directs de la lumière modulent l’activité du système dopaminergique, nous avons évalué l’intérêt de la luminothérapie dans des pathologies dopaminergiques (maladie de Parkinson, syndrome des jambes sans repos, troubles de l’humeur). Ces avancées ouvrent de nombreuses perspectives pour une meilleure utilisation de la lumière dans notre société ainsi qu’en pathologie. / Light influences physiology and behavior through both types of non-image-forming effects: i) indirect, synchronizing the circadian master clock located in the suprachiasmatic nucleus (SCN), ii) direct effects, independent from the circadian process though mechanisms poorly understood. Our studies in mice demonstrate that the direct influence of light constitutes a key mechanism of regulation for sleep, alertness and mood and is as important as the circadian process. The direct effects of light are mainly mediated through melanopsin, a retinal photopigment that projects to the different structures of the brain such as the SCN and the VLPO. The SCN, beyond their role as circadian clock are also a relay system for the direct effects of light. Further, we validated Arvicanthis ansorgei as a diurnal model for the study of sleep regulatory mechanisms. This is an important step in the translational approach from animal research to applications in humans. Various data suggest that the direct effects of light interact with the dopaminergic system. In the last part of this thesis, we evaluated the indication of bright light therapy in dopaminergic pathologies (Parkinson disease, restless legs syndrome, mood disorders). These advances open up new perspectives for possible applications of light therapy and may help improving societal lightening conditions.