Les avancées techniques et méthodologiques de la neuroscience ont permis de caractériser le sommeil comme un état actif et dynamique où des événements neuronaux cohésifs organisent les fonctions cérébrales. Les fuseaux de sommeil et les ondes lentes sont les marqueurs électroencéphalographiques de ces événements, et la mesure de leurs paramètres reflète et nuance les interactions neuronales à l’oeuvre pendant le sommeil lent. Considérant leur implication dans les fonctions hypniques et cognitives, les événements du sommeil lent sont particulièrement pertinents à l’étude du vieillissement, où l’intégrité de ces fonctions est mise au défi. Le vieillissement normal s’accompagne non seulement de réductions importantes des paramètres composant les événements du sommeil lent, mais aussi de modifications précises de l’intégrité anatomique et fonctionnelle du cerveau. Récemment, les études ont souligné la régulation locale des événements du sommeil lent, dont l’évolution avec l’âge demeure toutefois peu explorée. Le présent ouvrage se propose de documenter les liens unissant la neurophysiologie du sommeil, le vieillissement normal et l’activité régionale du cerveau par l’évaluation topographique et hémodynamique des événements du sommeil lent au cours du vieillissement. Dans une première étude, la densité, la durée, l’amplitude et la fréquence des fuseaux de sommeil ont été évaluées chez trois groupes d’âge au moyen de l’analyse topographique et paramétrique de l’électroencéphalogramme. Dans une seconde étude, les variations hémodynamiques associées à l’occurrence et modulées par l’amplitude des ondes lentes ont été évaluées chez deux groupes d’âge au moyen de l’électroencéphalographie combinée à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Globalement, les résultats obtenus ont indiqué : 1) une dichotomie des aires corticales antérieures et postérieures quant aux effets d’âge sur les paramètres des fuseaux de sommeil; 2) des variations de la réponse hémodynamique associées aux ondes lentes dans une diversité de régions corticales et sous-corticales chez les personnes âgées. Ces résultats suggèrent la réorganisation fonctionnelle de l’activité neuronale en sommeil lent à travers l’âge adulte, soulignent l’utilité et la sensibilité des événements du sommeil lent comme marqueurs de vieillissement cérébral, et encouragent la recherche sur l’évolution des mécanismes de plasticité synaptique, de récupération cellulaire et de consolidation du sommeil avec l’âge. / As demonstrated by recent advancements in the field of neuroscience, sleep is an active and dynamic state in which cohesive neural oscillations organize brain functions. Sleep spindles and slow waves are hallmarks of non-rapid eye movement (NREM) sleep and are used as markers on the electroencephalogram to characterize the underlying neural activity. Because of their implication in sleep and cognitive processes, these oscillations are particularly relevant in aging research, as functional challenges to sleep and memory are well known among this population. Normal aging not only reduces the characteristics of NREM sleep oscillations, but it also modifies anatomical and functional measures of brain integrity. Local regulation of NREM sleep oscillations have recently been described, yet few evidence is currently available on this process in aging. The present work aims to characterize the relationship between sleep neurophysiology, normal aging and regional brain activity with the assessment of the topography and hemodynamics of NREM sleep oscillations throughout adulthood. In a first study, sleep spindle density, duration, amplitude and frequency will be assessed in three age groups in relation to brain topography using electroencephalography. In a second study, hemodynamic responses to slow wave events and their modulation by amplitude will be assessed in two age groups using electroencephalography combined with functional magnetic resonance imaging. Our results can be summarized as follows: 1) age effects on sleep spindle characteristics showed an intriguing dichotomy between anterior and posterior cortical areas; 2) hemodynamic variations related to slow waves were observed in a wide array of cortical and subcortical regions in older individuals. These results suggest the functional reorganization of neural activity during NREM sleep throughout adulthood, support NREM sleep oscillations as useful and sensible biomarkers of brain aging, and promote further research on age-related changes in synaptic plasticity, cell restoration and sleep maintenance.

The master´s thesis is focused on advanced scoring of sleep data, which was performed using deep neural network. Heart rate data and the movement information were used for scoring measured using an Apple Watch smartwatch. After appropriate pre-processing, this data serves as input parameters to the designed networks. The goal of the LSTM network was to classify data into either two groups for sleep and wake or into three groups for wake, Non-REM and REM. The best results were achieved by network doing classification of sleep vs. wake using the accelerometer. The statistical evaluation of this best-designed network reached the values of sensitivity 71,06 %, specificity 57,05 %, accuracy 70,01 % and F1 score 81,42 %.

Trötthet i trafiken är ett stort problem i samhället. Det är särskilt farligt att trött framföra tunga lastbilar i trafiken eftersom dessa fordon är stora och har ofta livsavgörande roller vid inblandning i trafikolyckor. För att angripa problemet har det i denna rapport studerats kring vilket sömnstadie som är lämpligast att vakna under, i syfte att vakna pigg och alert samt vilka typer av tekniker och metoder som är lämpliga för att portabelt kunna detektera Rapid-Eye-Movement. Tidigare arbeten och studier har gjorts som påvisar att uppväckning i REM-sömn är optimalt för att känna sig alert. De valda metoderna är baserade på varianter av väletablerade tekniker som används för identifiering av sömnsteg. Elektrookulografi används för att mäta ögonrörelser med hjälp av fyra elektroder som är placerade på huvudet. Kroppsrörelser upptäcks genom en accelerometer som fästs på armen. Pulsmätningar görs och används för att räkna ut pulsvariansen under sömnen. Målet är att skapa en prototyp som ska känna av när användaren är i REM-sömn och sedan väcka användaren. Detta arbete är uppdelat i två inbyggda system som görs mellan två olika examensarbeten. Resultatet blev tre sensorer som fungerar individuellt. På grund av tidsbrist och en längre felsökning blev prototypen inte färdigställd. Innan sensorerna kan tillämpas i en produkt krävs det att ytterligare tester genomförs under monitorering av en sömnspecialist. / Tiredness in traffic is a major problem in society. It is especially dangerous to drive heavy trucks when tired because these vehicles are large and often have vital roles when involved in traffic accidents. To address the problem, this degree project has studied which sleep stage is most appropriate to wake up during, in order to wake up sharp and alert, and what types of techniques and methods are suitable for portable detection of Rapid-Eye-Movement. Previous work and studies have been done which indicates that awakening during REM sleep is optimal for feeling alert. The chosen methods are based on variants of well-established techniques that are used to identify sleep stages. Electrooculography is used to measure eye movements using four electrodes placed on the head. Body movements are detected by an accelerometer attached to the arm. Pulse measurements are made and used to calculate the pulse variation during sleep. The goal is to create a prototype which will know when the user is in REM sleep and then wake the user up. This work is divided into two embedded systems that are made between two different degree projects. The result was three sensors that worked individually. Due to lack of time and a longer troubleshooting, the prototype was not completed. Before the sensors can be used in a product, additional tests are required under the supervision of a sleep specialist.