Le sommeil est un processus physiologique fondamental pour le maintien des fonctions vitales de l'être humain et le maintien d'une bonne santé physique et mentale. Les étudiants-athlètes constituent une sous-population des étudiants collégiaux étant plus à risque de développer des difficultés de sommeil en raison de leurs horaires chargés incluant l’école, les entraînements, les voyages avec la présence de décalages horaires ainsi que la nécessité de dormir dans des endroits variés lors des compétitions. Un sommeil inadéquat et insuffisant est l’un des meilleurs prédicteurs pour les blessures y compris celles incluant les commotions cérébrales. Jusqu’à maintenant, aucune étude ne s’était encore intéressée à cette relation entre le sommeil subjectif, objectif et un traitement tDCS chez les étudiants-athlètes. Dès lors, les objectifs de cette thèse de doctorat étaient d’examiner l’efficacité d’un traitement de stimulation transcrânienne à courant direct (tDCS) sur les paramètres de sommeil subjectif et objectif des étudiants-athlètes. Les résultats suggèrent la présence d’un effet positif sur le sommeil subjectif des étudiants-athlètes. Cependant, malgré l’amélioration que suggèrent les paramètres de sommeil subjectif, les données objectives ne révèlent pas que le sommeil ait été amélioré de façon significative. Dans le but d’optimiser le sommeil grâce à la tDCS, celle ci doit encore être investiguée et développée. En effet, bien que les résultats soient à ce stade de la recherche encourageants, ils demeurent incomplets et doivent être davantage approfondis si l’on veut être certain de son effet. / Sleep is a fundamental physiological process for the maintenance of the vital functions of the human being and the maintenance of good physical and mental health. Student-athletes constitute a sub-population of college students who are more at risk of developing sleep difficulties due to their busier schedules including school, training, frequent travel from different time zones and the need to sleep in various places during competitions. In addition, inadequate and insufficient sleep is one of the best predictors of injuries including concussions. Therefore, the objectives of this doctoral thesis were to examine the effectiveness of a transcranial direct current stimulation (tDCS) treatment on the subjective and objective sleep parameters of student-athletes. The results suggest that there is a positive effect on the subjective sleep of student-athletes. However, despite this subjective improvement, the objective sleep data have not improved significantly. Up to this point, no studies have yet looked at this relationship between subjective, objective sleep and tDCS treatment in student-athletes. Despite encouraging results, the status of tDCS remains at the research stage and requires more interest before it can confidently affirm its effectiveness in optimizing sleep.

SUMMARY Non Rapid Eye Movement (NREM) sleep in humans is defined by spontaneous neural activities organized by specific rhythms or oscillations. The aim of this thesis is to characterize, by means of neuroimaging techniques, the shaping of brain function by these physiological rhythms. The studied oscillations are sleep spindles, delta waves and slow oscillation, representing the main identifiable neurophysiological events of human NREM sleep. Sleep spindles are a hallmark of light NREM sleep. They are commonly described on electroencephalographic (EEG) recordings as 11-15 Hz oscillations, lasting more than 0.5 sec and with a typical waxing-and-waning waveform. During deeper stages of NREM sleep, spindles are progressively replaced by a slow wave activity (SWA; 0.5-4 Hz), which encompasses delta waves (1-4 Hz) and slow oscillations (0.5-1 Hz). In combination with EEG, we studied these rhythms using two different functional brain imaging techniques : positron emission tomography (PET) and functional magnetic resonance imaging (fMRI). These studies originally contribute to the understanding of the generating mechanisms and functional roles of NREM sleep oscillations, which are a hallmark of sleep architecture in healthy humans. Neural correlates of NREM sleep oscillations assessed by EEG / PET In this section, we report the analyses of PET data devoted to the study of NREM sleep oscillations. We characterized the brain areas in which activity, measured in terms of regional cerebral blood flow (rCBF), was correlated with EEG spectral power in the spindle (11-15 Hz), delta waves (1-4 Hz) and slow oscillation (0.5-1 Hz) frequency bands, in 23 non-sleep-deprived young healthy volunteers. EEG activity in the spindle frequency band was negatively correlated with rCBF in the thalamus. This result was in agreement with data suggesting the generation of spindles within cortico-thalamo-cortical loops (Steriade, 2006). Spectral power in the delta band was negatively correlated with rCBF in the medial prefrontal cortex, striatum, insula, anterior cingulate cortex, precuneus and basal forebrain, which are structures potentially involved in the modulation of cortical delta waves (Dang-Vu et al., 2005b). The functional brain mapping of slow oscillations was highly similar to the one of delta waves, in keeping with the hypothesis that both types of oscillations share common physiological mechanisms. These results consisted in negative correlations, which means that the cerebral blood flow in these areas was lower when the power in the corresponding frequency band was higher. The different rhythms of NREM sleep are synchronized by the slow oscillation, which alternates a hyperpolarization phase during which cortical neurons remain silent, and a depolarization phase associated with important neuronal firing. The prominent effect of hyperpolarization phases could account for the decrease in blood flow found in PET studies. Indeed, PET has a limited temporal resolution, around one minute, and therefore averages brain activity over relatively long periods, during which hyperpolarization phases predominate. Thus PET imaging does not allow to directly study brief events, lasting one second or so, such as NREM sleep oscillations. Besides, the spectral power values used in PET studies are just an indirect reflection of the appearance of these rhythms during sleep. These considerations justify the use of fMRI because, together with improved spatial resolution, its temporal resolution around one second allows to assess brain responses associated to the occurrence of NREM sleep oscillations, taken as identifiable events. Neural correlates of NREM sleep oscillations assessed by EEG / fMRI The largest section of the thesis is devoted to the use of fMRI in the study of NREM sleep oscillations. We characterized the brain areas in which activity, measured in terms of blood oxygen level dependent (BOLD) signal, was correlated with the occurrence of NREM sleep oscillations. Compared to EEG with PET, EEG recording with simultaneous fMRI was technically much more challenging. In particular, the analysis of EEG data acquired simultaneously with fMRI required a complex signal processing in order to remove all artefacts induced during the scanning procedure. After clean EEG data had been obtained, automatic detection of spindles (Molle et al., 2002), delta waves and slow oscillations (Massimini et al., 2004) was performed according to published criteria, and provided the series of events to be used as regressors in the statistical analysis of fMRI data. The latter assessed the main effects of spindles, delta waves and slow oscillations on BOLD signal changes across the 14 non-sleep-deprived young healthy volunteers selected for this study. Spindles were analysed considering 2 potential subtypes. Indeed, in humans, while most spindles are recorded in central and parietal regions and display a frequency around 14 Hz (fast spindles), others are prominent on frontal derivations with a frequency around 12 Hz (slow spindles). Previous data also show differences between both subtypes in their modulation by age, circadian and homeostatic factors, menstrual cycle, pregnancy and drugs (De Gennaro and Ferrara, 2003). However, no clear evidence of a distinct neurobiological basis for these two subtypes of spindles has been demonstrated so far. After automatic detection of spindles and their differentiation as fast and slow, we showed that the two subtypes were associated with activation of partially distinct thalamo-cortical networks. These data further support the existence of 2 subtypes of sleep spindles modulated by segregated neural networks (Schabus et al., 2007). Slow oscillation has initially been described at the cellular level in animals as an oscillation <1 Hz of membrane potential, alternating a hyperpolarization phase (down) during which cortical neurons are silent and a depolarization phase (up) associated with intense neuronal firing (Steriade, 2006). At the macroscopic level, this slow rhythm is found on human EEG recordings as high amplitude slow waves, defined by a peak-to-peak amplitude of more than 140 µV (Massimini et al., 2004). The slow oscillation also synchronizes other NREM sleep rhythms such as spindles (Molle et al., 2002) and delta waves (defined here as waves of lower peak-to-peak amplitude : between 75 and 140 µV). The organization of NREM sleep by the slow oscillation suggests that NREM sleep should be characterized by increased brain activities associated with the up state of slow oscillation. Indeed, we observed significant BOLD signal changes in relation to both slow waves and delta waves in specific brain areas including inferior and medial frontal gyrus, parahippocampal gyrus, precuneus, posterior cingulate cortex, ponto-mesencephalic tegmentum and cerebellum. All these responses consisted in brain activity increases. These results stand in sharp contrast with earlier sleep studies, in particular PET studies, reporting decreases in brain activity during NREM sleep. Here we showed that NREM sleep cannot be reduced to a state of global and regional brain activity decrease, but is actually an active state during which phasic increases in brain activity are synchronized to the slow oscillation. We then compared brain responses to delta and slow waves respectively and found no significant difference. In agreement with our PET data, this result suggests that slow waves and delta waves share common neurobiological mechanisms. However, when effects of slow and delta waves were tested separately, we observed that slow waves were specifically associated with activation of brainstem and mesio-temporal areas, while delta waves were associated with activation of inferior and medial frontal areas. This result is important in regard to the potential role of slow oscillation in memory consolidation during sleep (Marshall et al., 2006). Indeed, the preferential activation of mesio-temporal areas with high amplitude slow waves suggests that the amplitude of the wave is a crucial factor in the recruitment during sleep of brain structures involved in the processing of memory traces. RESUME Le sommeil lent de lhomme est défini par la présence dactivités neuronales spontanées, organisées sous forme de rythmes ou oscillations spécifiques. Lobjectif des travaux réalisés dans le cadre de cette thèse est de caractériser, par des méthodes de neuroimagerie, le fonctionnement cérébral au cours de ces rythmes physiologiques. Les oscillations que nous avons étudiées sont les fuseaux du sommeil, les ondes delta et les oscillations lentes, représentant les principales activités neurophysiologiques identifiables chez lhomme au cours du sommeil lent. Les fuseaux du sommeil constituent un élément essentiel du sommeil lent léger. Ils sont communément décrits sur les enregistrements électroencéphalographiques (EEG) comme des oscillations de fréquence comprise entre 11 et 15 Hz, dune durée dau moins 0,5 sec, et de morphologie caractéristique daugmentation puis de diminution damplitude. Au cours des stades plus profonds de sommeil lent, les fuseaux sont en grande partie remplacés par une activité donde lente (SWA; 0,5-4 Hz) qui recouvre les ondes delta (1-4 Hz) et les oscillations lentes (0,5-1 Hz). En combinaison à lEEG, nous avons utilisé deux techniques dimagerie fonctionnelle différentes pour étudier ces rythmes: la tomographie par émission de positons (PET) et limagerie en résonance magnétique fonctionnelle (fMRI). Ces études apportent une contribution originale à notre compréhension du sommeil lent chez lhomme sain, par lexploration des mécanismes générationnels de ces oscillations, piliers de larchitecture du sommeil. Corrélats cérébraux des rythmes du sommeil lent en EEG / PET Dans cette section, nous décrivons lutilisation de la PET dans létude des rythmes du sommeil lent. Nous avons caractérisé les régions cérébrales dans lesquelles lactivité, mesurée en terme de débit sanguin cérébral régional (rCBF), était corrélée à la puissance spectrale EEG dans la bande de fréquence des fuseaux (11-15 Hz), des ondes delta (1-4 Hz) et des oscillations lentes (0.5-1 Hz), chez 23 jeunes volontaires sains et non privés de sommeil. Lactivité EEG dans la bande des fuseaux était corrélée négativement avec le rCBF dans le thalamus. Ce résultat est en accord avec les données suggérant la genèse des fuseaux par des boucles dinteraction cortico-thalamo-corticale (Steriade, 2006). La puissance spectrale dans la bande delta était négativement corrélée avec le rCBF au niveau du cortex préfrontal médial, du striatum, de linsula, du cortex cingulaire antérieur, du précuneus et du télencéphale basal, régions potentiellement impliquées dans la modulation des ondes delta corticales (Dang-Vu et al., 2005b). La carte des oscillations lentes était superposable à celle des ondes delta, ce qui suggère que ces deux types doscillations relèvent chez lhomme de mécanismes physiologiques communs. Ces résultats démontraient donc des corrélations négatives, ce qui signifie que le débit sanguin cérébral dans ces régions était dautant plus faible que la puissance dans la bande de fréquence correspondante était élevée. Linterprétation de ce phénomène doit intégrer le fait que les différents rythmes du sommeil lent sont sculptés par loscillation lente, laquelle alterne une phase dhyperpolarisation au cours de laquelle les neurones corticaux sont silencieux, et une phase de dépolarisation au cours de laquelle ils déchargent en bouffées. Leffet prépondérant des phases dhyperpolarisation pourrait expliquer la baisse de débit cérébral démontrée en PET. En effet, cette dernière présente une résolution temporelle limitée, de lordre de la minute, ce qui a pour effet dintégrer lactivité cérébrale sur des périodes de temps relativement longues, au cours desquelles les phases dhyperpolarisation corticale prédominent. Limagerie en PET ne permet pas donc pas détudier directement des événements brefs de lordre de la seconde, tels que les oscillations du sommeil lent. En outre, les valeurs de puissance spectrale utilisées pour caractériser ces rythmes en PET ne reflètent quindirectement leur survenue au cours du sommeil. Ces considérations justifient le recours à limagerie en fMRI, dont la résolution temporelle de lordre de la seconde permet dévaluer les réponses cérébrales associées à la survenue des oscillations du sommeil lent, considérées cette fois comme des événements identifiables. Corrélats cérébraux des rythmes du sommeil lent en EEG / fMRI Dans cette partie, la plus importante, nous décrivons lanalyse en fMRI des rythmes du sommeil lent. Nous avons caractérisé les régions cérébrales dont l'activité, mesurée par le signal BOLD, était corrélée à la survenue des oscillations du sommeil lent. Par rapport à la situation rencontrée en PET, lenregistrement des données EEG nécessaire à la détection des rythmes du sommeil lent, simultanément à lacquisition fMRI, a posé des difficultés techniques considérablement plus grandes. En particulier, linterprétation de lEEG dans ces conditions a nécessité un traitement précis du signal afin den éliminer les éléments artéfactuels qui le contaminent. Ce nest quaprès ce processus que la détection automatique des fuseaux (Molle et al., 2002), des ondes delta et des oscillations lentes (Massimini et al., 2004) selon des critères publiés a pu seffectuer, permettant dobtenir les séries dévénements qui furent entrés comme régresseurs dans lanalyse statistique des données fMRI. Cette dernière évalue leffet principal des fuseaux, ondes delta et oscillations lentes sur les variations du signal BOLD chez lensemble des 14 jeunes volontaires sains et non privés de sommeil sélectionnés pour létude. En ce qui concerne les fuseaux, ils furent subdivisés en 2 sous-types. Chez lhomme en effet, alors que la grande majorité des fuseaux sont enregistrés dans les régions centrales et pariétales, avec une fréquence denviron 14 Hz (fuseaux rapides), dautres fuseaux dits lents (environ 12 Hz) prédominent dans les régions frontales. Des données antérieures rapportent également des différences entre ces deux sous-types en ce qui concerne leur modulation par des paramètres comme lâge, les facteurs circadiens et homéostatiques, la phase du cycle menstruel, la grossesse et certains agents pharmacologiques (De Gennaro and Ferrara, 2003). Cependant, aucune description formelle dun substrat biologique distinct navait encore été établie pour ces 2 sous-types de fuseaux. Après détection automatique des fuseaux et leur ségrégation en fuseaux rapides et lents, nous avons pu démontrer que les 2 sous-types de fuseaux étaient associés à des activations dans des réseaux thalamo-corticaux partiellement distincts. Ces données apportent donc des arguments pour établir lexistence de 2 sous-types biologiquement différenciés de fuseaux du sommeil (Schabus et al., 2007). Loscillation lente du sommeil lent a été décrite initialement au niveau cellulaire chez lanimal comme une oscillation de fréquence <1Hz et qui alterne une phase dhyperpolarisation (ou down), au cours de laquelle les neurones corticaux sont silencieux, et une phase de dépolarisation (ou up) qui correspond à une période de décharges neuronales intenses (Steriade, 2006). Chez lhomme, cette oscillation lente est également retrouvée sur les enregistrements EEG de surface sous forme dondes lentes de haute amplitude, définies par une amplitude pic-à-pic de plus de 140 µV (Massimini et al., 2004). Loscillation lente synchronise aussi dautres rythmes du sommeil lent tels les fuseaux (Molle et al., 2002) et les ondes delta (définies ici par des ondes de plus basse amplitude pic-à-pic : entre 75 et 140 µV). Lorganisation du sommeil lent par ces oscillations lentes suggère que le sommeil lent devrait être marqué par des activations cérébrales survenant en synchronie avec les phases up des oscillations lentes. De fait, nous avons observé des variations significatives de signal BOLD en association avec les ondes lentes et delta dans des régions cérébrales spécifiques incluant le gyrus frontal inférieur et médial, le gyrus parahippocampique, le precuneus, le cortex cingulaire postérieur, le tegmentum ponto-mésencéphalique et le cervelet. Ces variations étaient positives dans toutes les régions mises en évidence, ce qui traduit une augmentation dactivité. Ces résultats sont originaux en ce quils suggèrent que le sommeil lent, contrairement à ce qui était conclu des précédentes études du sommeil chez lhomme (particulièrement en PET), ne se réduit pas à une hypoactivation cérébrale globale et régionale. Au contraire, nos données montrent que le sommeil lent saccompagne dune activation cérébrale phasique rythmée par la phase de dépolarisation des oscillations lentes. Nous avons ensuite comparé les réponses cérébrales aux ondes delta et celles aux ondes lentes. Aucune région cérébrale ne présentait dactivité significativement différente en fonction des 2 types dondes. En accord avec nos données PET, ce résultat suggère quil ny a pas de différence formelle sur le plan des mécanismes neurobiologiques entre ondes lentes et ondes delta. Toutefois, lorsque les effets des ondes lentes et delta furent testés séparément, nous avons observé que les ondes lentes activaient spécifiquement le tronc cérébral et le cortex mésio-temporal alors que les ondes delta activaient les aires frontales inférieure et médiale. Cet résultat est important si lon considère en particulier le rôle potentiel des oscillations lentes dans la consolidation des traces mnésiques au cours du sommeil (Marshall et al., 2006). Lactivation préférentielle des aires mésio-temporales avec les ondes lentes de haute amplitude suggère en effet que lamplitude de londe est un paramètre déterminant dans le recrutement au cours du sommeil de structures cérébrales impliquées dans le traitement des traces mnésiques.

La schizophrénie découle d’une modification du fonctionnement du cerveau et entraîne divers symptômes qui ont pour conséquence une altération de la perception de la réalité, des troubles cognitifs, et des dysfonctionnements sociaux et comportementaux. En plus des observations cliniques de jour, la schizophrénie montre également des signes nocturnes qui peuvent se manifester durant le rêve. Cette thèse vise à caractériser les rêves dans la schizophrénie et cherche à explorer les relations qui existent entre les caractéristiques du contenu onirique des personnes atteintes de schizophrénie et les symptômes de cette maladie. Pour ce faire, nous avons comparé diverses mesures de l’activité onirique recueillies auprès de 14 participants atteints de schizophrénie traités sous antipsychotiques atypiques et 15 participants témoins par le biais de questionnaires et de collectes de rêves en laboratoire à la suite d’éveils provoqués en sommeil paradoxal (SP) et en sommeil lent (SL). Les résultats obtenus au questionnaire révèlent que les participants atteints de schizophrénie rapportent un nombre de cauchemars plus élevé comparativement aux participants témoins. Les collectes en laboratoire démontrent une fréquence de rappel de rêves équivalente au sein des deux groupes de participants, indépendamment du stade de sommeil durant lequel elles sont effectuées. Les récits de rêves du SL des deux groupes de participants sont généralement plus courts et comprennent un nombre moins élevé d’items quantifiables comparativement à ceux du SP. Les récits de rêves recueillis en SP et en SL chez les participants atteints de schizophrénie s’avèrent plus courts que ceux des participants témoins et, lorsque le nombre de mots est pondéré, la plupart des différences observées dans le contenu de rêve entre les deux groupes tendent à disparaître. En comparaison aux participants témoins, ceux atteints de schizophrénie évaluent leurs rêves comme étant moins bizarres, en dépit d’un nombre équivalent d’éléments bizarres dans leurs récits. Finalement, bien qu’il n’y ait pas de différence dans la densité des mouvements oculaires rapides (MORs) entre les deux groupes de participants, seuls les participants témoins montrent une corrélation positive entre les MORs et certaines variables du contenu onirique. Les résultats de la présente thèse suggèrent que les caractéristiques du contenu onirique des personnes atteintes de schizophrénie peuvent refléter certaines des manifestations psychopathologiques de cette maladie. / Schizophrenia is a chronic, severe, and disabling brain disease which is characterized by symptoms which cause altered reality perception, cognitive deficits, and impairment in social or vocational functioning. In addition to clinical symptoms, schizophrenia can be accompanied with nocturnal characteristics which could manifest during dreaming. Using both questionnaire-based measures and laboratory REM sleep and non-REM sleep awakenings, we sought to characterize the dream content of 14 participants with schizophrenia under atypical antipsychotic medication. Results were compared with those from 15 healthy individuals. The relationship between dream content and daytime functioning in schizophrenia was also explored. Questionnaire data revealed that when compared to controls, patients with schizophrenia report experiencing a greater number of nightmares. Laboratory awakenings revealed that there was no significant difference between the two groups in the number of dream reports with reportable content, regardless of the sleep stage in which dreams were collected. In addition, when compared to their REM dream counterparts, both groups’ non-REM dream reports were shorter and included significantly fewer reportable items on several content scales. Laboratory REM and non-REM dream narratives from the patients were shorter and, after controlling for report length, most significant differences in dream content between the two groups disappeared. Patients with schizophrenia spontaneously rated their dream reports as being less bizarre than did controls, despite a similar density of bizarre elements as scored by external judges. Finally, both groups had a comparable density of rapid eye movements during REM sleep but a significant positive correlation between eye-movement density and dream content variables was only found in controls. Taken together, these findings suggest that dream content characteristics in schizophrenia may reflect psychopathological parameters specific to this disorder.

La prévention du vieillissement pathologique est au coeur de l’actualité et comprendre les différents facteurs déterminants du vieillissement réussi est une priorité. La pathologie du sommeil de par sa fréquence, son retentissement sur la mortalité, de ses conséquences sur la survenue de comorbidités et sur la qualité de vie, doit être prise en compte pour promouvoir le bien vieillir. Nos travaux ont permis de démontrer l’importance d’un des aspects qualitatifs du sommeil : la plainte de sommeil. Nous avons pu montrer un lien entre plainte de sommeil et plainte de mémoire et ce finalement, quel que soit l’outil utilisé. L’ajustement sur les paramètres respiratoires du sommeil n’interférait en rien sur la relation décrite. La qualité subjective du sommeil jouait un rôle dans la perception qu’avait chaque individu de son état de santé ou de sa satisfaction de vie. Ces résultats permettent d’insister sur l’importance du management correct de la plainte de sommeil et du traitement adapté de celle-ci. Le syndrome d’apnée obstructive du sommeil (SAOS) est une entité clinique largement sous diagnostiquée chez le sujet âgé. Cependant, il a été largement démontré l’intérêt de sa prise en charge adaptée notamment en termes de bénéfices sur la mortalité cardiovasculaire. Nos travaux se sont intéressés de façons plus spécifiques au SAOS et à l’impact potentiel de son traitement par Pression Positive Continue (PPC) sur les capacités cognitives. Nous avons pu démontrer que les sujets porteurs d’un SAOS sévère retiraient un bénéfice à long terme de leur traitement par PPC sur leurs capacités mnésiques. En effet, les sujets traités maintenaient leurs performances mnésiques notamment en terme de mémoire épisodique et de fonctions exécutives dans le temps, en comparaison aux sujets non traités et ce sur le long terme. D’autres travaux sont en cours, notamment chez les sujets présentant une pathologie dégénérative démentielle, afin de mettre en évidence l’impact du dépistage et du traitement d’un SAOS sévère sur cette population / One of our public health priorities is at present the prevention of pathological aging and this implies the comprehension of the different determinants of successful aging. Sleep disorders because of its frequency, its impact on mortality, its consequences on the occurrence of comorbidities and on quality of life, must be taken into account to promote successful aging. Our research has demonstrated the importance of one aspect of sleep: the sleep complaint. We have shown a significant link between sleep complaints and memory complaints. The adjustment on the respiratory sleep parameters have not modified the relationship described. The subjective quality of sleep played a role in the individual's self perception of health status or self perception of life satisfaction. Thus, these results show the importance of the management of sleep complaint in the elderly population which must be adapted and correctly treated. Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSAS) is a clinical entity, frequently under diagnosed in the elderly population. However, the benefit of treatment has been widely demonstrated, especially in terms of cardiovascular mortality. Our studies have focused on the cognitive consequences of OSAS and the potential impact of its treatment by Continuous Positive Airway Pressure (CPAP) on cognitive abilities. We have shown that elderly subjects with severe OSAS could have a clinical benefit of long term treatment on their cognitive capacities, using CPAP therapy. Indeed, treated subjects could maintain their memory performances over time, particularly in terms of episodic memory and executive functioning, compared to untreated subjects. Further studies must be made to confirm these results. Subjects with dementia must be included to evaluate the benefit of the treatment of OSAS in this population

Le sommeil constitue un comportement vital complexe, identifié chez la quasi-totalité des animaux étudiés. Sur la base d’études princeps dans les années 50 chez le chat et l’homme, le sommeil a pu être séparé clairement en deux états distincts : le sommeil lent et le sommeil paradoxal. Ces deux états ont ainsi été caractérisés sur la base de critères électroencéphalographiques, physiologiques et comportementaux. Basé sur une définition mammalienne, il a ainsi été montré que les mammifères terrestres et les oiseaux, tous deux homéothermes, possédaient ces deux états de sommeil. Cependant, l'origine évolutive de ces deux états reste inconnue et nous ne savons toujours pas s’ils ont évolué de façon indépendante ou s’ils ont été hérités d'un ancêtre commun. Les amphibiens et les reptiles, positionnés à la base des tétrapodes et des amniotes constituent par conséquent, des taxons clés dans la compréhension de l'évolution de ces deux états de sommeil. Afin de mieux comprendre la phylogénie de ces deux états, nous avons réalisé dans un premier temps une revue et méta-analyse de la littérature du sommeil chez ces espèces. Dans un second temps, et dans le but de pouvoir conduire des approches comparatives et ainsi mieux décrire la plasticité du sommeil, nous avons développé un dispositif miniature sans fil permettant d’enregistrer simultanément l’électrophysiologie, la physiologie, la température et le comportement en laboratoire et en milieu naturel. Enfin, nous avons conduit une étude électrophysiologique, physiologique, pharmacologique et comportementale chez deux espèces de squamates (Salvator merianae et Pogona vitticeps). Cette étude nous a permis de montrer que deux états électroencéphalographiques de sommeil existaient chez ces espèces. Cependant, elles ont aussi révélé des divergences phénotypiques importantes au sein même des lézards, ainsi qu’avec le sommeil des mammifères et des oiseaux, démontrant ainsi une origine commune mais complexe des deux états de sommeil / Sleep is a vital and complex behavior, identified in nearly all animals. Based on studies on cats and humans conducted in the 50’s, sleep was separated into two distinct sleep states: slow wave sleep and paradoxical sleep (or REM sleep). Those two states were identified based on electroencephalographic, physiological and behavioral parameters. Based on this mammalian definition, it has been demonstrated that those two states exist in terrestrial mammals and birds, both homeotherms. However, the evolutive origin of these sleeps states remains unknown and we do not know whether they evolved independently or if they were inherited from a common ancestor. Amphibians and reptiles are respectively positioned at the base of the tetrapod and the amniote tree. Therefore, they constitute key taxa in the understanding of the origin of these states. In order to understand the phylogeny of these states, we first performed an exhaustive review and meta-analysis of the sleep literature in these groups. Next, in order to be able to conduct comparative approaches and better understand the sleep plasticity, we developed a standalone miniature device to record electrophysiology, physiology, temperature, and behavior simultaneously and this under both lab and field conditions. Finally, we conducted an electrophysiological, physiological, pharmacological and behavioral study of two squamates species (Salvator merianae and Pogona vitticeps). This study revealed that two electro-encephalographical sleep states exist in these species. However, they also showed that the phenotype of these states diverged between the two lizards and between the lizards on the one hand and mammals and birds on the other hand. This would suggest a common, but complex, origin of these two sleep states

La schizophrénie découle d’une modification du fonctionnement du cerveau et entraîne divers symptômes qui ont pour conséquence une altération de la perception de la réalité, des troubles cognitifs, et des dysfonctionnements sociaux et comportementaux. En plus des observations cliniques de jour, la schizophrénie montre également des signes nocturnes qui peuvent se manifester durant le rêve. Cette thèse vise à caractériser les rêves dans la schizophrénie et cherche à explorer les relations qui existent entre les caractéristiques du contenu onirique des personnes atteintes de schizophrénie et les symptômes de cette maladie. Pour ce faire, nous avons comparé diverses mesures de l’activité onirique recueillies auprès de 14 participants atteints de schizophrénie traités sous antipsychotiques atypiques et 15 participants témoins par le biais de questionnaires et de collectes de rêves en laboratoire à la suite d’éveils provoqués en sommeil paradoxal (SP) et en sommeil lent (SL). Les résultats obtenus au questionnaire révèlent que les participants atteints de schizophrénie rapportent un nombre de cauchemars plus élevé comparativement aux participants témoins. Les collectes en laboratoire démontrent une fréquence de rappel de rêves équivalente au sein des deux groupes de participants, indépendamment du stade de sommeil durant lequel elles sont effectuées. Les récits de rêves du SL des deux groupes de participants sont généralement plus courts et comprennent un nombre moins élevé d’items quantifiables comparativement à ceux du SP. Les récits de rêves recueillis en SP et en SL chez les participants atteints de schizophrénie s’avèrent plus courts que ceux des participants témoins et, lorsque le nombre de mots est pondéré, la plupart des différences observées dans le contenu de rêve entre les deux groupes tendent à disparaître. En comparaison aux participants témoins, ceux atteints de schizophrénie évaluent leurs rêves comme étant moins bizarres, en dépit d’un nombre équivalent d’éléments bizarres dans leurs récits. Finalement, bien qu’il n’y ait pas de différence dans la densité des mouvements oculaires rapides (MORs) entre les deux groupes de participants, seuls les participants témoins montrent une corrélation positive entre les MORs et certaines variables du contenu onirique. Les résultats de la présente thèse suggèrent que les caractéristiques du contenu onirique des personnes atteintes de schizophrénie peuvent refléter certaines des manifestations psychopathologiques de cette maladie. / Schizophrenia is a chronic, severe, and disabling brain disease which is characterized by symptoms which cause altered reality perception, cognitive deficits, and impairment in social or vocational functioning. In addition to clinical symptoms, schizophrenia can be accompanied with nocturnal characteristics which could manifest during dreaming. Using both questionnaire-based measures and laboratory REM sleep and non-REM sleep awakenings, we sought to characterize the dream content of 14 participants with schizophrenia under atypical antipsychotic medication. Results were compared with those from 15 healthy individuals. The relationship between dream content and daytime functioning in schizophrenia was also explored. Questionnaire data revealed that when compared to controls, patients with schizophrenia report experiencing a greater number of nightmares. Laboratory awakenings revealed that there was no significant difference between the two groups in the number of dream reports with reportable content, regardless of the sleep stage in which dreams were collected. In addition, when compared to their REM dream counterparts, both groups’ non-REM dream reports were shorter and included significantly fewer reportable items on several content scales. Laboratory REM and non-REM dream narratives from the patients were shorter and, after controlling for report length, most significant differences in dream content between the two groups disappeared. Patients with schizophrenia spontaneously rated their dream reports as being less bizarre than did controls, despite a similar density of bizarre elements as scored by external judges. Finally, both groups had a comparable density of rapid eye movements during REM sleep but a significant positive correlation between eye-movement density and dream content variables was only found in controls. Taken together, these findings suggest that dream content characteristics in schizophrenia may reflect psychopathological parameters specific to this disorder.

La prévention du vieillissement pathologique est au coeur de l'actualité et comprendre les différents facteurs déterminants du vieillissement réussi est une priorité. La pathologie du sommeil de par sa fréquence, son retentissement sur la mortalité, de ses conséquences sur la survenue de comorbidités et sur la qualité de vie, doit être prise en compte pour promouvoir le bien vieillir. Nos travaux ont permis de démontrer l'importance d'un des aspects qualitatifs du sommeil : la plainte de sommeil. Nous avons pu montrer un lien entre plainte de sommeil et plainte de mémoire et ce finalement, quel que soit l'outil utilisé. L'ajustement sur les paramètres respiratoires du sommeil n'interférait en rien sur la relation décrite. La qualité subjective du sommeil jouait un rôle dans la perception qu'avait chaque individu de son état de santé ou de sa satisfaction de vie. Ces résultats permettent d'insister sur l'importance du management correct de la plainte de sommeil et du traitement adapté de celle-ci. Le syndrome d'apnée obstructive du sommeil (SAOS) est une entité clinique largement sous diagnostiquée chez le sujet âgé. Cependant, il a été largement démontré l'intérêt de sa prise en charge adaptée notamment en termes de bénéfices sur la mortalité cardiovasculaire. Nos travaux se sont intéressés de façons plus spécifiques au SAOS et à l'impact potentiel de son traitement par Pression Positive Continue (PPC) sur les capacités cognitives. Nous avons pu démontrer que les sujets porteurs d'un SAOS sévère retiraient un bénéfice à long terme de leur traitement par PPC sur leurs capacités mnésiques. En effet, les sujets traités maintenaient leurs performances mnésiques notamment en terme de mémoire épisodique et de fonctions exécutives dans le temps, en comparaison aux sujets non traités et ce sur le long terme. D'autres travaux sont en cours, notamment chez les sujets présentant une pathologie dégénérative démentielle, afin de mettre en évidence l'impact du dépistage et du traitement d'un SAOS sévère sur cette population

L'analyse de la fonction cérébrale à de multiples échelles est une étape nécessaire pour comprendre ses complexités. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié cet aspect aux niveaux microscopiques et macroscopiques en utilisant des enregistrements invasifs et non-invasifs. Nous avons utilisé une série d'outils d'analyse communicationnels et de corrélation pour étudier l'activité cérébrale pendant l'éveil et le sommeil. Dans une première étude, nous avons analyse les enregistrements simultanés d'electroencephalogramme (EEG) etmagnetoencephalogramme (MEG) dans le cerveau de sujets éveillés. Nous montrons théoriquement, que si le milieu est résistif, le comportement d'échelle en fréquence doit être le même pour les signaux EEG and MEG à basse fréquence (˂10 Hz). Afin de tester cette prédiction, nous avons analyse le spectre d'enregistrements EEG et MEG simultanés de quatre sujets humains. Le comportement d'échelle en fréquence de l'EEG montre des variations cohérentes sur la surface du cerveau, avec des exposants en général compris entre 1/ f et 1/ f 2; ces exposants tendent à être plus faibles dans les régions temporales et pariétales. Dans une région donnée, les exposants de la MEG ont une variabilité plus grande que pour l'EEG, mais les deux signaux ont systématiquement un exposant différent. Dans certains cas, les exposants sont proches, mais ces cas correspondent 'a un mauvais rapport signal/bruit pour la MEG. Plusieurs méthodes de corrections du bruit instrumental et environnemental ont été testées, et dans tous les cas, ces méthodes augmentent la différence de comportement spectral entre l'EEG et la MEG. En conclusion, il y a une différence significative de comportement d'échelle en fréquence entre EEG et MEG, ce qui peut être explique si le milieu extracellulaire (incluant d'autres couches telles que la dure-mère et le crane) est globalement non-résistif. La nature résistive ou non-résistive du milieu extracellulaire est un déterminant important pour la modélisation des potentiels extracellulaires. Au cours d'une seconde étude, nous avons analyse la dynamique spatio-temporelle de l'excitation et de l'inhibition pendant le sommeil 'a partir d'enregistrements intra-crâniens à haute densité. Ces enregistrements à haute densité permettent la séparation efficace entre cellules "regular spiking" (RS) et "fast spiking" (FS). La haute densité des électrodes permet d'obtenir des connections apparemment mono-synaptiques, et de corroborer cette séparation RS-FS avec la nature excitatrice ou inhibitrice de la connexion. Cette procédure confirme que les cellules classifiées comme FS sont toujours inhibitrices, alors que les RS sont toujours excitatrices, et donc peuvent être classifiées respectivement comme cellules pyramidales ou interneurones inhibiteurs. Finalement, nous investiguons la dynamique des corrélations au sein de chaque classe de neurone. Les corrélations entre excitateurs montrent une décroissance exponentielle avec la distance, tandis que les cellules inhibitrices restent corrélées 'a plus grande distance. L'amplitude des corrélations dépend de l'échelle temporelle du calcul de corrélation, mais pas la constante spatiale. Cette constante est compatible avec la taille typique des colonnes corticales chez l'homme. Ces résultats permettent, pour la première fois, de caractériser l'activité neuronale et l'interaction entre excitation et inhibition dans le néocortex humain. Dans une troisième étude, nous avons investigue les signatures de la dynamique complexe et l'activité auto-organisée, à partir d'enregistrements intra-crâniens chez le chat, le singe et l'homme. Nous utilisons des enregistrements à haute densité dans le cortex moteur du chat (96 électrodes), le cortex moteur et prémoteur du singe et dans le cortex temporal humain (96 électrodes) de patients épileptiques. Lors d'avalanches définies à partir d'unités (jusqu''a 160 neurones), les distributions ne se comportent pas en loi de puissance, mais tendent à être exponentielles ou intermédiaires. Nous analysons également les potentiels de champ (LFPs), et en particulier les pics négatifs (nLFPs) au sein de l'ensemble d'électrodes (de 96 a 128 sites, selon la configuration d'enregistrement). Dans ce cas, les avalanches définies à partir des nLFPs peuvent se comporter en loi d'échelle, comme observé précédemment chez le singe. Cependant, les avalanches définies à partir des pics positifs (pLFPs), qui ne sont pas directement reliées aux décharges des neurones, ont le même comportement. Une analyse plus détaillée en utilisant la représentation cumulée (CDF) ne confirme pas la présence de loi de puissance. Les mêmes résultats s'appliquent au chat, au singe et aux enregistrements humains, pendant différents états cérébraux d'éveil et de sommeil. Nous avons également testé des distributions alternatives, et des processus multi-exponentiels semblent expliquer les distributions obtenues, de fac¸on optimale pour des distributions bi-exponentielles. L'ensemble de ces résultats ne montrent pas d'évidence de loi de puissance ou d'états critiques dans le cerveau éveillé ou en sommeil de différents mammifères, du chat 'a l'homme. Finalement, dans un appendice, nous montrons des résultats préliminaires concernant les relations entre cellules excitatrices et inhibitrices, et les potentiels de champ locaux pendant le sommeil humain. Nous avons pu séparer les cellules entre "regular-spiking" (RS) et "fastspiking" (FS), ce qui a été confirmé par connections monosynaptiques (voir Peyrache et al., PNAS, 2012). Nous analysons ici la décharge spécifique des cellules RS et FS pendant différents états d'éveil et de sommeil, sélectionnés sans activité interictale. Jusqu''a 92 unités enregistrées simultanément, procurent une base solide pour la caractérisation de la dynamique de l'excitation et de l'inhibition pendant ces différents états. Pendant le sommeil lent (Stade III ou IV), domine par les ondes lentes de type delta, tous les neurones déchargent selon des états "Up" ou "Down", en relation avec les ondes lentes du LFP, comme décrit précédemment. Les cellules RS et FS sont toutes silencieuses pendant les états "Down". Pendant le sommeil REM et pendant l'éveil, les neurones déchargent de fac¸on irrégulière alors que le LFP ou l'ECoG sont désynchronisées. Dans tous les états les cellules FS déchargent plus que les cellules RS (4 ou 5 fois plus en moyenne). En conclusion, ces résultats procurent une caractérisation des différents rôles de l'excitation et de l'inhibition pendant l'éveil et le sommeil chez l'homme. En conclusion, nous avons utilisé différentes méthodes de mesure, aux échelles microscopiques (activité unitaire), mésoscopique (LFP) etmacroscopiques (ECoG, EEG,MEG), pour caractériser les états de veille et sommeil chez l'homme (ainsi que chez le chat et le singe dans une étude). Nous concluons que le cerveau suit une dynamique complexe à toutes les échelles. Il n'y a pas d'évidence de dynamique auto-organisée critique, mais l'activité du cerveau manifeste d'autres signes d'auto-organisation, comme l'activité synchrone à grande distance et des processus multi-exponentiels. Nous suggérons que ces résultats peuvent être expliques par l'interaction entre excitation et inhibition. Nous anticipons que des réseaux d'oscillateurs couples, avec interaction entre excitation et inhibition, devraient pouvoir expliquer ces résultats. Cette perspective constitue un défi pour des études futures.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’objectif général de la thèse était d’élargir les connaissances scientifiques sur le sommeil des enfants. La thèse est composée de quatre articles empiriques. Le premier visait à estimer la validité de l’actigraphie comme mesure de sommeil chez les enfants d’âge préscolaire en la comparant à la polysomnographie, et à examiner si son emplacement influence sa validité. 12 enfants âgés de 2 à 5 ans ont porté simultanément un actigraphe à la cheville et un au poignet pendant une nuit d’enregistrement polysomnographique. Les résultats démontrent que l’actigraphie permet une bonne détection du sommeil, mais qu’elle détecte moins bien l’éveil. Cet article suggère également que les jeunes enfants nécessitent un algorithme adapté à leur niveau d’activité nocturne. Enfin, la validité de l'actigraphie semble similaire pour le poignet et la cheville. Le deuxième article visait à comparer trois mesures de sommeil souvent utilisées avec de jeunes enfants, soit les agendas de sommeil, l’échelle des problèmes de sommeil du Child Behavior Checklist (CBCL) et l’actigraphie, afin de déterminer leurs similarités et leurs divergences quant aux variables de sommeil qui en sont dérivées. 80 familles ont participé à cette étude lorsque les enfants étaient âgés de 2 ans. Les enfants ont porté un actigraphe durant 72 heures consécutives et les mères ont complété un agenda de sommeil durant cette même période. Les deux parents ont aussi rempli le CBCL. Les résultats démontrent que ces mesures de sommeil évaluent des aspects différents du sommeil de l’enfant, et suggèrent une concordance particulièrement faible entre les mesures subjectives et objectives. Le troisième article visait à évaluer l’apport unique de la sécurité d’attachement dans la prédiction du sommeil de l’enfant. 62 dyades mère-enfant ont été rencontrées à deux reprises. La sécurité d’attachement et la dépendance ont été évaluées par observation à l’aide du Q-Sort d’attachement lorsque l’enfant avait 15 mois. À l’âge de 2 ans, les enfants ont porté un actigraphe durant 3 jours consécutifs. Les résultats indiquent que la sécurité d'attachement a une contribution unique à la prédiction de la durée du sommeil nocturne et de l'efficacité du sommeil nocturne. Ainsi, cette étude suggère que plus les enfants ont un attachement sécurisant envers leur mère, plus grandes sont la durée et la qualité de leur sommeil quelques mois plus tard. Le quatrième article visait à examiner la relation entre le sommeil et les comportements extériorisés. 64 familles ont participé à cette étude. À l’âge de 2 ans, les enfants ont porté un actigraphe durant 72 heures consécutives et les parents ont complété le CBCL. Lorsque les enfants étaient âgés de 4 ans, les parents ainsi que l’éducateur(trice) de garderie ont rempli le CBCL. Les résultats démontrent que le sommeil de l’enfant est associé aux comportements extériorisés concomitants et à l’augmentation de ceux-ci à travers le temps. Par ailleurs, les relations entre la qualité de sommeil et les comportements extériorisés étaient modérées par le sexe de l’enfant, c’est-à-dire significatives seulement chez les garçons. Les résultats des quatre articles sont finalement intégrés dans la discussion générale. / The overall objective of the thesis was to contribute to the expansion of the current state of knowledge on young children’s sleep. The thesis consists of four empirical articles. The first article compared the validity of three algorithms for detecting sleep with actigraphy by comparing them to polysomnography in preschoolers. The putative influence of device location (wrist or ankle) was also examined. 12 children aged 2 to 5 years simultaneously wore an actigraph on an ankle and a wrist during a night of polysomnography recording at home. The results showed that actigraphy generally provides good detection of sleep, but weaker detection of wakefulness. The article also suggests that young children require an algorithm adapted to their level of nocturnal motor activity. Finally, sleep variables derived from the ankle and wrist were not statistically different, suggesting that the validity of the actigraphy is not influenced by the location of the monitor. The second article examined associations between actigraphy, maternal sleep diaries, and the parent-completed Child Behavior Checklist (CBCL) sleep items, which are instruments widely used by clinicians and researchers to assess sleep among young children. 80 middle-class families participated in this study when children were aged 2 years. Children wore an actigraph monitor for a 72-hour period and mothers completed a sleep diary during the same period. Both parents also completed the CBCL. The results show that these sleep measures assess different aspects of children’s sleep, and suggest a particularly low concordance between the subjective and objective sleep measures. The third article used objective measures of sleep and attachment to assess the longitudinal links between mother-child attachment security and subsequent sleep, while partialling out child dependency. 62 middle-class families were met twice. Security and dependency of attachment were assessed with the observer version of the Attachment Q-Sort when the child was 15 months. At the age of 2 years, children wore an actigraph monitor for a 72-hour period. Results indicated that children more securely attached to their mothers had higher nighttime sleep duration and efficiency, and these predictions were not confounded by child dependency. The aim of the fourth article was to investigate the concurrent and longitudinal relations between sleep and externalizing symptoms among young children. Sixty-four families were met twice. At the age of 2 years, children wore an actigraph monitor for a 72- hour period and both mothers and fathers completed the CBCL. When children were aged 4 years, both parents as well as the daycare educator filled the CBCL. The results show that child sleep is associated with concurrent externalizing symptoms and with an increase in externalizing symptoms over time. Associations between sleep efficiency and externalizing symptoms were moderated by child sex, such that links were only significant among boys. Finally, the results of the four articles are integrated into the general discussion.