Les mitochondries jouent un rôle primordial dans la survie et la mort cellulaire car elles gouvernent à la fois le métabolisme énergétique et les voies apoptotiques. Un dysfonctionnement mitochondrial dans les neurones peut donc conduire à la neurodégénérescence ou à une neuropathologie. Notre objectif a été d'étudier la régulation de la fonction mitochondriale, en particulier la bioénergétique, pour contribuer à l'amélioration des connaissances actuelles sur les mitochondries. Nos résultats montrent que: i) les neurostéroïdes améliorent la bioénergétique mitochondriale en stimulant la respiration cellulaire en condition normale; ii) les neurostéroïdes réduisent les déficits bioénergétiques observés dans la maladie d'Alzheimer; iii) l'horloge circadienne développe une régulation réciproque avec la bioénergétique et la dynamique mitochondriales. Les résultats de cette thèse ouvrent des perspectives intéressantes pour l'élaboration de stratégies régulatrices de l'homéostasie métabolique chez le sujet sain et chez le patient atteint d'une pathologie due à un dysfonctionnement mitochondrial et/ou une altération des rythmes biologiques. / Mitochondria play a paramount role in cell survival and death because they are orchestrating both energy metabolism and apoptotic pathways, while impaired mitochondrial function leads inevitably to disease, especially neurodegeneration. The purpose of the present thesis was therefore to deepen our understanding of the regulation of mitochondrial function, with a focus on mitochondrial bioenergetics and dynamics. Our key findings were that: i) neurosteroids represent promising molecules which are able to increase mitochondrial bioenergetics via enhancement of mitochondrial respiration in healthy condition; ii) neurosteroids are able to alleviate Alzheimer’s disease-related bioenergetic deficits; iii) the circadian clock is able to regulate mitochondrial bioenergetics and dynamics, and vice versa. Collectively, our results contribute to a better understanding of how mitochondria function, and could have multiple implications with regard to the regulation of metabolic homeostasis in health and disease states associated with mitochondrial impairments and/or circadian disruption.

Des perturbations de l’horloge circadienne imposées par nos modes de vie désynchronisés «24/7» peuvent être néfastes à long terme. Ces horloges contrôlent des rythmes biologiques avec une périodicité d’environ 24h et se synchronisent aux cycles journaliers de lumière-obscurité. Les perturbations de l’horloge peuvent influencer le vieillissement normal et celui de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP). Ces patients présentent souvent des symptômes non moteurs incluant des troubles du sommeil et/ou des rythmes circadiens, qui se manifestent avant les déficits moteurs ou cognitifs. L’objectif de ce travail de thèse a été d’explorer l’impact des perturbations de l’horloge circadienne sur le déclin fonctionnel lié à l’âge au cours du vieillissement normal et dans des modèles de MP chez la drosophile. Les résultats obtenus confirment l’impact négatif de l’arythmie circadienne sur la longévité, et révèlent que l’inactivation du gène d’horloge Clock (Clk) augmente le niveau de stress oxydatif dans le cerveau et accélère le déclin des capacités locomotrices au cours du vieillissement. Ce dernier effet a pu être relié à une fonction de Clk dans les neurones d’horloge qui contrôlent les rythmes d’activité-repos en obscurité constante, et leurs connections à un groupe spécifique de neurones dopaminergiques. Nous avons aussi observé que des décalages horaires chroniques mènent également à une accélération du déclin locomoteur lié à l’âge, qui peut être sauvée en adaptant les rythmes lumière-obscurité à la période endogène des drosophiles. Enfin, notre travail souligne l’impact négatif de l’arythmie circadienne sur le déclin locomoteur lié à l’âge dans un modèle de MP. / Long-term disruption of circadian clocks, as occurs often in our "24/7 societies", can be detrimental. These clocks control self-sustained biological rhythms with ~24h periodicity and synchronize to the daily light-dark cycle. Clock disruption may impact normal brain aging as well as Parkinson disease (PD) pathogenesis: PD patients frequently exhibit non-motor symptoms including sleep and/or circadian rhythm disruptions that occur before motor or cognitive deficits, and decrease quality of life. The objective of this PhD work was thus to explore the impacts of circadian disruptions on age-related functional decline, both during normal aging and in a fly model of PD-like conditions using well established Drosophila models. Our results confirmed the negative impact of circadian arrhythmia on longevity and revealed that inactivation of a specific circadian gene, Clock (Clk), increases brain oxidative stress levels and accelerates locomotor decline during aging. The latter effect could be associated with Clk function in the clock neurons that drive circadian rest-activity rhythms in constant darkness, and their connections with a specific cluster of dopaminergic neurons. We also observed that chronic jet lag led to an accelerated age-related locomotor decline that could be rescued by adapting the light-dark to the flies’ endogenous period. Finally, our work demonstrated the negative impact of environmentally imposed circadian arrhythmia on age-related locomotor decline in a fly model of PD.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le travail de nuit se développe de plus en plus dans nos sociétés. Beaucoup de travailleurs se plaignent d'un tel horaire, particulièrement à cause des troubles du sommeil. Une des principales hypothèses expliquant ces troubles repose sur l'adaptation des rythmes circadiens. Les travailleurs de nuit doivent travailler à un moment où leur horloge biologique les prépare au sommeil et dormir à un moment où leur organisme est en phase d'activation. Il semble que l'horloge biologique s'adapte peu à cette inversion du cycle éveil-sommeil, mais peu de recherches ont mesuré l'activité circadienne chez de véritables travailleurs de nuit. Trente travailleurs du secteur de la santé ont complété le protocole de recherche qui consistait en 14 jours d'agenda de sommeil et 24 heures d'évaluation du rythme circadien de la mélatonine en laboratoire. Les sujets étaient répartis en deux groupes : un groupe de 15 personnes rapportant peu ou pas de troubles du sommeil et un groupe de 15 personnes signalant des troubles plus sévères. Les résultats ont montré qu'une plus grande proportion de mélatonine sécrétée durant le jour était associée à une meilleure qualité de sommeil diurne. Toutefois, il semble que le moment de la sécrétion de la mélatonine n'est pas une condition suffisante à une bonne qualité de sommeil diurne, puisque la moitié du groupe des personnes rapportant peu de problèmes présentait une sécrétion essentiellement nocturne de la mélatonine. Ces résultats nous amènent à penser que certains travailleurs sont plus tolérants que d'autres à une désynchronisation entre leurs rythmes circadiens et leur sommeil. Puisque les deux groupes avaient un profil similaire pour leurs caractéristiques individuelles et professionnelles, il serait peut-être pertinent d'explorer la source de cette tolérance à l'inversion du cycle éveil-sommeil imposé par le travail de nuit.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Le présent mémoire vise à évaluer l’association entre le chronotype et les difficultés de sommeil en lien avec l’horaire de travail. À cette fin, 116 travailleurs du réseau de la santé de la ville de Québec ont complété le questionnaire de chronotype de Horne et Ostberg (MEQ; 1976) en plus de remplir quotidiennement un agenda du sommeil sur une période de 2 semaines. Les participants ont été comparés selon leur horaire de travail (travailleurs de jour n = 43; travailleurs de nuit n = 73) et selon leur chronotype (du matin n = 37; neutre n = 59; du soir n = 20) pour déterminer les effets indépendants et interactifs de ces variables sur la durée du sommeil durant la période de sommeil principale, la durée du sommeil sur une période de 24 heures et la somnolence après le travail. Tel que postulé initialement, les résultats indiquent que le chronotype et l’horaire de travail ont un effet sur la période de sommeil principale, mais pas sur le sommeil au cours de 24 heures, de sorte que les travailleurs de nuit ont une période de sommeil principale qui est significativement plus courte que celle des travailleurs de jour. De plus, le raccourcissement de la période de sommeil principale après le travail de nuit semble principalement observable chez les travailleurs avec un chronotype du matin ou un chronotype neutre, un patron de résultats qui concorde avec les connaissances actuelles sur le rythme circadien et qui corrobore plusieurs études antérieures. Le fait que tous les travailleurs ont obtenu une durée du sommeil équivalente sur une période de 24 heures suggère qu’il est possible de compenser pour une période de sommeil principale écourtée, en prenant des siestes. Ainsi, les résultats obtenus dans le présent mémoire mettent en évidence l’importance des siestes chez les travailleurs de nuit, surtout ceux et celles avec une prédisposition matinale. Enfin, l’absence de différence entre les groupes quant au niveau de somnolence après le travail suggère que la somnolence excessive n’est pas un problème qui se limite au travail de nuit.

Environ 2.6% de Canadiens souffrent du trouble affectif saisonnier (TAS), un syndrome caractérisé par des épisodes dépressifs cycliques à l’automne et l’hiver avec rémission naturelle au printemps ou à l’été. Même si l’origine de ce trouble demeure inconnue, le consensus général est que les gens atteints de TAS seraient plus vulnérables à la baisse de l’exposition lumineuse à l’automne/hiver ce qui pourrait entraîner un dérèglement de certains neurotransmetteurs (possiblement la sérotonine et/ou la dopamine). Or, ceux-ci sont impliqués dans la modulation de la sensibilité des photorécepteurs rétiniens. L’électrorétinogramme (ERG) permet de mesurer objectivement et de façon non invasive ces dérèglements neurochimiques rétiniens. Puisque la luminothérapie est le traitement de choix pour traiter les patients atteints de TAS et que son effet transige par la rétine et non la peau, il est possible d’évaluer le mécanisme biologique de ce traitement par l’ERG. Les objectifs généraux de cette thèse visent l’approfondissement des connaissances sur l’électrorétinogramme (ERG) au niveau circadien et méthodologique, l’évaluation de l’existence d’un patron saisonnier de la sensibilité rétinienne chez des patients atteints de TAS ainsi que des changements associés à l’utilisation de la luminothérapie. Le premier article évalue l’impact sur les enregistrement ERG photopique et scotopique de ne pas dilater les pupilles pharmacologiquement. Il est mentionné qu’il pourrait être possible, en recherche, d’effectuer un test ERG sans dilater les yeux si les intensités lumineuses augmentent et si le fond lumineux est adapté. Nous concluons également qu’en clinique, les intensités lumineuses standard ne permettent pas d’atteindre le plein potentiel rétinien. La seconde étude montre une corrélation entre la variation circadienne, telle que mesurée par l’ERG (matin et soiéer) et la concentration de mélatonine salivaire. Ces résultats précisent l’impact de la mélatonine sur la vision diurne et nocturne, amenant des répercussions sur les protocoles d’ERG en recherche. Finalement, la troisième étude montre l’existence d’un patron saisonnier de la sensibilité rétinienne chez gens atteints de TAS et des changements à l’ERG associés à l’effet thérapeutique de la luminothérapie. Cette étude est la première à évaluer avec l’ERG la sensibilité rétinienne (cônes et bâtonnets) chez des patients atteints de TAS en plus de démontrer un effet biologique de la luminothérapie sur les fonctions rétiniennes. Un nouveau modèle neurochimique est proposé suite à ces découvertes. / About 2.6% of Canadians suffer from Seasonal Affective Disorder (SAD), a syndrome characterized by cyclic depressive episodes occurring during fall and winter with remission in spring and summer. Although the etiology of SAD is unknown, the general consensus is that SAD patients could be more vulnerable to the decrease in light exposure in the fall/winter which could trigger some neurotransmitter dysregulation (possibly serotonin and/or dopamine). In the retina, these neurotransmitters are implicated in the modulation of photoreceptor sensibility. The electroretinogram (ERG) allows a direct and objective measure of these retinal dysregulations. Since light therapy (LT) is the treatment of choice for SAD and the therapeutic effect of LT appears to be mediated through the eyes and not the skin, it is possible to investigate the biological mechanism of LT using the ERG. The aim of this thesis is to better understand the circadian and methodology of electroretinogram (ERG) and evaluate the existence of a seasonal pattern in retinal sensitivity in SAD patients as well as the impact of LT. The first paper assesses the impact of photopic and scotopic ERG recording in a non pharmacologically dilated eyes. We report that it may be possible in research practice to perform ERG without dilating the eyes if the intensity of the flash is increased along with the adapting background. We also concluded that in clinical practice, the current standard flash is not adequate to yield to an optimal retinal stimulation. The second paper shows a correlation between diurnal variations (morning Vs evening) in retinal function and the presence of melatonin secretion in the saliva. These results bring precision of the impact of day versus night vision on the ERG response which could have some impact in research practice. Finally, the third paper demonstrates a seasonal pattern in retinal sensitivity in SAD patients and ERG changes associated with the therapeutic effect of LT. This study is the first to investigate cone and rod functions in SAD patients with the ERG as well as to report a biological effect of LT on retinal function in SAD patients. A the end, a new neurochemical model is proposed.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2023) / La Maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative dévastatrice et irréversible. Un changement majeur qui précède l'agrégation et pathologie de la protéine tau déclenche par sa phosphorylation sur des région qui ne doivent pas l'être (ce qu'on appelle une hyperphosphorylation). A court terme, l'état de phosphorylation de tau devient très volatile face à certaines conditions, notamment aux changements de températures corporels durant le sommeil. En nous inspirant de cet étendu de températures circadiens, nous avons postulé l'hypothèse qu'avec le modèle expérimental des cellules neuroblastomes humaines (SH3R), les variations de températures mèneraient aux changements d'activités de kinases et phosphatases (dont les majeures protéines responsables pour contrôler les niveaux de phosphorylation de tau), ceux qui, à leur tour impacteraient le clivage et la sécrétion de tau. Le rythme circadien, sans aucun traitement, a influencé tau en augmentant sa sécrétion durant la nuit comparée à son niveau durant la journée. En exposant les cellules à une température hypothermique légère (35°C), nous avons remarqué une hyperphosphorylation de tau, ainsi qu'une baisse de sa sécrétion. L'opposé a été observé face à une hyperthermie légère (38°). Par la suite, nous avons investigué si ces observations proviennent des changements sur la kinase (GSK-3B) et le phosphatase (PP2AC). En inhibant PP2AC (l'okadaïque acide et le LB100), et GSK-3B (AR-A014418), nous avons sélectionné les doses et temps de traitement optimaux. Ainsi, AR a réussi à empêcher l'hyperphosphorylation de tau induit par l'hypothermie. Le clivage de tau n'a par contre pas démontré un impact suffisamment causal entre les niveaux de phosphorylation et sécrétion dans les conditions testées. Des manipulations complémentaires avec les cellules et chez la souris soumis aux inhibiteurs et les modulations de température nous aideraient à comprendre davantage sur les indications précoces qui risquent traduire à des cascades pathologiques de tau durant les étapes neurodégénératives de la MA. / Alzheimer's Disease (AD) is a devastating and irreversible neurodegenerative disease that affects many cognitive faculties. A major hallmark of initial aggregation and pathogenetic stages of the tau protein at risk of developing into AD pathology is identified by its phosphorylation on certain regions of its sequence where it does not belong (termed as hyperphosphorylation). The phosphorylation state on tau transiently becomes very volatile against certain conditions including core temperature changes in the sleep-wake cycle. Based on this scale of circadian temperature variations, we hypothesized that using human neuroblastoma cells (SH3R) subjected to temperature modulations would induce changes in intracellular kinase and phosphatases (known as major proteins controlling tau phosphorylation), thus impacting tau cleavage and secretion. We observed that the circadian rhythm by itself induced a heightened level of tau secretion during the night compared to that during the daytime. Treating the cells to a mild hypothermic temperature (35°C) induced tau hyperphosphorylation, as well as reduced secretion levels. Conversely, the opposite was observed under mild hyperthermic temperature (38°C). We then assessed whether these changes were performed by the major tau kinase (GSK-3B) and phosphatase (PP2AC). We performed preliminary experiments on their inhibitors (AR-A014418 for kinase, okadaic acid and LB100 for phosphatase), which were required to then examine tau status under the same temperature modulations as above. Thus far, AR inhibitor successfully reduced the expected hypothermia-induced hyperphosphorylation. However, tau cleavage was not observed as a mediating stage between tau phosphorylation and secretion activities under the tested conditions. Complementary experiments with cells and mice are needed to assess tau phosphorylation, cleavage and secretion changes under the same temperature modulations and the remaining inhibitors mentioned to obtain a more comprehensive profile on early tau changes which risk cascading into its pathology in the brain and lead to neurodegenerative stages of AD.

Cette recherche développe des ambiances bénéfiques grâce à l'intégration de stratégies biophiliques comprenant l'éclairage naturel, l'éclairage électrique et l'application de couleurs de surface pour répondre au bien-être des individus dans un contexte architectural nordique isolé. Les occupants des régions nordiques sont confrontés à plusieurs défis climatiques, notamment des températures froides et une exposition limitée à la lumière du jour durant l'hiver, qui les obligent à habiter principalement des espaces intérieurs, ce qui les sépare physiquement de la nature. Cette situation a des effets notables sur plusieurs processus physiologiques, y compris la performance visuelle et circadiennes, tout en influençant les expériences spatiales qui se manifestent par des réactions émotionnelles. Les conditions intérieures doivent donc contribuer à compenser les besoins photobiologiques et psychologiques pour favoriser la satisfaction environnementale des êtres humains. Dans le cadre de l'amélioration de la conception biophilique dans un contexte nordique grâce à l'intégration des applications de lumière et de couleur, cette recherche poursuit les objectifs suivants : (1) établir les avantages physiologiques et perceptuels potentiels des différents types d'éclairage et de couleur de surface chez les occupants d'une architecture biophilique dans les climats nordiques, (2) déterminer une méthode de reproduction à distance et une évaluation numérique des attributs photobiologiques et spatiaux des effets de la lumière et de la couleur dans un contexte nordique, (3) évaluer la performance photobiologique de la configuration des couleurs de la surface dans le cadre de stratégies d'éclairage distinctes, (4) déterminer une méthode de reproduction à distance et une évaluation numérique des attributs spatiaux des effets de la lumière et de la couleur dans des lieux éloignés et (5) évaluer les attributs spatiaux de la configuration des couleurs de la surface dans le cadre de stratégies d'éclairage et de sources lumineuses distinctes. Cette thèse explore plusieurs théories sur les effets de la lumière et de la couleur sur les dimensions physiologiques et perceptuelles du bien-être humain. Elle examine également les méthodes existantes de visualisation de la lumière et des couleurs et présente un cadre et une méthode de conception fondés sur des données probantes et faisant appel à des techniques avancées et analogiques. Il permet la reproduction et l'évaluation descriptive des impacts photobiologiques et perceptuels de la lumière et de la couleur dans le contexte d'une architecture biophilique à distance. L'évaluation des ambiances a été réalisée à l'aide de l'imagerie à grande gamme dynamique (*en anglais : high dynamic range imaging - HDR*) et d'images en correspondance de tons (*en anglais : tone-mapped images*) obtenus à partir d'un modèle à échelle réduite présentant différentes caractéristiques d'éclairage et de couleur. Les images HDR permettent d'analyser, de calculer et de classer les effets photobiologiques en fonction de l'intensité lumineuse nécessaire à la vision et à la stimulation circadienne au cours d'une journée. Des images avec mappage de tons ont été utilisées pour évaluer les effets perceptifs possibles en analysant le contraste chromatique et de luminosité des scènes. Une nouvelle méthode de caractérisation est présentée sous la forme d'un graphique en 2D reliant les propriétés de saturation et de luminosité à des descripteurs de couleur. Les descriptions des couleurs aident à transmettre les propriétés des couleurs aux émotions probables causées par l'interaction de l'éclairage et de la couleur des surfaces intérieures qui affectent l'expérience spatiale de l'utilisateur. Cette thèse propose que les habitants des régions nordiques manifestent une profonde affinité pour la lumière et les couleurs de leur environnement immédiat. Par conséquent, il est suggéré que l'intégration de l'éclairage et de la couleur des surfaces dans les bâtiments nordiques soit basée sur les couleurs générées dans le paysage naturel afin d'assurer le confort et la satisfaction environnementale. Les expériences menées révèlent que l'application de couleurs sur les surfaces intérieures dans le cadre de stratégies d'éclairage distinctes, qu'elles soient naturelles ou électriques, s'aligne sur les besoins photobiologiques humains et répond potentiellement aux exigences perceptuelles des occupants. Les résultats révèlent que les ambiances colorées des surfaces, sous un ciel couvert du nord, peuvent fournir les conditions d'éclairage nécessaires à la stimulation circadienne. En outre, les espaces présentant des combinaisons distinctes de couleurs de surface dans le cadre de différentes stratégies d'éclairage permettent de générer une large gamme d'ambiances répondant à différentes conditions d'éclairage pour les tâches visuelles et les besoins circadiens au cours d'une journée. Il est également plausible d'affirmer que l'emplacement de l'éclairage par rapport au point de vue de l'observateur et le type de source lumineuse peuvent générer des attributs distincts de lumière et de couleur, susceptibles d'évoquer différentes émotions chez les occupants. Les présentes analyses exploratoires et descriptives permettent de mieux comprendre l'importance de la lumière et des couleurs dans les communautés nordiques et leur application potentielle à l'architecture nordique. La méthode pourrait aider les architectes et les concepteurs dans leur pratique professionnelle à caractériser une ambiance en fonction des besoins visuels et non visuels, et des expériences souhaitées en fonction du programme architectural. La combinaison des méthodes présentées dans cette recherche est cruciale pour comprendre l'impact de l'architecture au cours du processus de conception à distance. Cette recherche démontre les avantages potentiels de la conception biophilique, en particulier l'éclairage et la couleur, pour améliorer les conditions intérieures de l'architecture nordique. / This research develops positive ambiances through the integration of biophilic strategies including daylighting, electric lighting, and surface colour applications to respond to individuals' well-being in remote northern architecture. Northern occupants encounter several climate challenges including cold temperatures and limited daylight exposure compelling individuals to mainly inhabit indoor spaces, resulting in a physical separation from nature. This circumstance exerts notable effects on several physiological processes, encompassing visual and circadian functions, while also influencing the spatial experiences manifested in emotional responses. Indoor conditions therefore should compensate photobiological and emotional needs to promote humans' environmental satisfaction. In the context of enhancing biophilic design in a northern context through the integration of light and colour applications, this research endeavours the following objectives: (1) to establish the potential physiological and perceptual benefits of light and colour patterns in occupants inhabiting biophilic architecture in northern climates, (2) to determine a remote reproduction method and numerical evaluation to photobiological and spatial attributes of light and colour effects under a northern context, (3) to evaluate the photobiological performance of surface colour configuration under distinct lighting strategies, (4) to determine a remote reproduction method and numerical evaluation of spatial attributes of light and colour effects in remote locations and (5) to evaluate the spatial attributes of surface colour configuration under distinct lighting strategies and light sources. This dissertation explores several theories of light and colour effects on humans' well-being physiological and perceptual dimensions. It also discusses the existing methods of visualization of light and colour and introduces an evidence-based design framework and method employing advanced and analog techniques. It permits replication and descriptive evaluation of the photobiological and perceptual impacts of light and colour within the context of remote biophilic architecture. The assessment of ambiances was conducted using high dynamic range (HDR) and tone-mapped images obtained from a reduced scale model with different lighting and colour characteristics. HDR images permit analyzing, computing, and classifying the photobiological effects according to light intensity required for vision and circadian stimulation over a day. Tone-mapped images have been used to evaluate possible perceptual effects by analyzing the chromatic and brightness contrast of the scenes. A novel characterization method is presented as a 2D chart relating saturation and brightness properties to colour descriptors. The colour descriptions help to convey colour properties to likely emotions caused by the interaction of lighting and indoor surface colour that affect the user's spatial experience. This thesis dissertation states that inhabitants of northern regions exhibit a profound affinity for the light and colours of their immediate surroundings. Consequently, it is suggested that the incorporation of lighting and surface colour in northern buildings should be based on the colours generated in the natural landscape to achieve comfort and environmental satisfaction. The conducted experiments reveal that the application of colour on interior surfaces under distinct lighting strategies, whether natural or electric, aligns with human photobiological needs and potentially addresses the perceptual requirements of occupants. The experiments conducted in this research unveil that surface colour ambiances, under a northern overcast sky, can provide the necessary lighting conditions for circadian stimulation. Furthermore, spaces with distinct surface colour combinations under different lighting strategies permit generating a wide range of ambiances responding to different lighting conditions for visual tasks and circadian needs over a day. It is also plausible to affirm that the placement of lighting concerning the observer's viewpoint and the type of light source can generate distinct attributes of light and colour, potentially evoking different emotions in occupants. The present exploratory and descriptive analyses help to comprehensively understand light and colour significance in northern communities and their potential application for northern architecture. The method could serve to assist architects and designers in the professional practice to characterize an ambiance according to visual and non-visual needs, and desired experiences according to the architectural program. The combination of methods presented in this research is crucial to understanding the impact of architecture during the remote design process. This research demonstrates the potential benefits of biophilic design, specifically lighting and colour, to improve the indoor conditions of northern architecture.

L’inadaptation des travailleurs aux horaires de nuit est très souvent la cause de nombreux accidents de travail, de diminution de la performance ou de dégradation de leur santé affectée par des pathologies principalement liées aux troubles des rythmes circadiens. Les conséquences socio-économiques sont énormes et cette problématique va encore s’étendre dans le futur avec les exigences et les nécessités du travail de nuit. L’absence de la lumière naturelle du jour et les caractéristiques spectrales impropres des lumières artificielles utilisées la nuit sont généralement responsables de cette inadaptation au travail de nuit. De nombreuses recherches scientifiques ont montré l’existence d’interactions entre lumière, oeil et horloge biologique. Puisque les ondes bleues et rouges, en particulier, joueraient un rôle déterminant dans l’accroissement et le maintien de la vigilance des travailleurs, le laboratoire de photobiologie de l’université Laval propose, dans le cadre de ses activités de recherche, une solution de contrôle de l’horloge biologique par une lumière artificielle spécifique dans le but de favoriser l’adaptabilité des travailleurs aux horaires de nuit. La solution préconisée consiste en un dispositif de transformation d’un signal électrique de faible puissance en signal photonique calibré, riche en bleu et légèrement dosé de rouge. Pour évaluer son efficacité, notamment sur l’état de vigilance, nous avons conçu et développé une méthodologie comprenant un banc d’essai et une expérience dans un espace multivariable capable de traduire les modifications générées sur les comportements psychophysiologiques. La concentration de la mélatonine1 est la mesure la plus privilégiée comme marqueur de phase circadienne et de la réponse de l’horloge biologique. Mais son utilisation est ardue, contraignante et son obtention est non instantanée. C’est pourquoi nous proposons aussi d’explorer, au moyen de la méthodologie développée, la variabilité du rythme cardiaque comme marqueur biologique des effets de la lumière. Le rythme cardiaque présente l’avantage d ’être facilement accessible, sa mesure est non invasive et sa réponse est presque immédiate à des phénomènes rapides comme la lumière. De plus, la relation établie entre température et vigilance pourrait être reflétée similairement avec les composantes très basses fréquences de la variabilité du rythme cardiaque, lesquelles caractérisent le phénomène de la thermorégulation. C’est dans cette perspective que nous chercherons à mettre en évidence, dans la variabilité du rythme cardiaque, un marqueur spécifique des effets d ’un signal photonique calibré. Nous introduirons aussi l’utilisation d’outils d’analyses spectrales que nous appliquerons sur des fenêtres temporelles glissantes d’une largeur contrôlée. La méthodologie arborée, avec la représentation spectrale de la variable du rythme cardiaque, a permis d ’identifier une sensibilité marquée, principalement des composantes de la thermorégulation (0,02 - 0,05 Hz), aux signaux photoniques combinant des ondes bleues et rouges. Le signal photonique bichromatique bleu rouge puisé (BR ) semblerait montrer une efficacité encore plus élevée comparée au signal bleu rouge continu (BR). Cette efficacité est interprétée indirectement par un accroissement de la vigilance, car l’énergie de la thermorégulation baisse avec l’augmentation de la température corporelle qui est elle-même corolaire à l’augmentation de la vigilance.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

La mélatonine est connue pour agir directement sur l’horloge circadienne. L’agomélatine est un antidépresseur présentant des propriétés agonistes MT1/MT2 et antagonistes 5-HT2C. Tout d’abord, nous avons évalué les effets de l’agomélatine, de la mélatonine et d’un antagoniste 5-HT2C sur deux sorties de l’horloge (rythme de la mélatonine endogène et de la température corporelle). Les résultats obtenus suggèrent une action centrale de l’agomélatine et de la mélatonine, directement sur l’horloge via les récepteurs MT1/MT2, en induisant une augmentation de l’amplitude et une avance de phase du rythme de mélatonine. Pour la température corporelle, l’ensemble des drogues augmente l’amplitude du rythme, suggérant une action des propriétés agonistes MT1/MT2 et/ou antagonistes 5-HT2C de l’agomélatine. Puis, l’étude sur l’expression du gène horloge Per1, a révélé un effet supérieur de l’agomélatine par rapport à la mélatonine, mais seulement le jour du traitement. L’agomélatine pourrait agir sur la machinerie moléculaire de l’horloge, ce qui reste à exploiter davantage. Ces nouvelles données contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes d’action de l’agomélatine. / Melatonin is known to act directly on the circadian clock. Agomelatine is an antidepressant with MT1/MT2 agonist and antagonist 5-HT2C properties. First, we evaluated the effects of agomelatine, melatonin and 5-HT2C antagonist on two clock outputs (rhythm of endogenous melatonin and body temperature). The results suggest a central action of agomelatine and melatonin, directly on the circadian clock via MT1/MT2 receptors, inducing an increase on the amplitude and a phase advance of the rhythm of melatonin. For body temperature, all drugs increased the amplitude of the rhythm, this suggest an action of MT1/MT2 agonist and antagonist 5-HT2C properties of agomelatine. Secondly, the study on the expression of clock gene Per1 revealed a greater effect of agomelatine compared to melatonin, but only on the day of treatment. Agomelatine could act on the molecular machinery of the clock, but requires further investigations. These new data allow a better understand of the mechanisms action of agomelatine.