Analyse éxperimentale et computationnelle de la distribution de l'activité corticale au cours du REM chez la souris

Le sommeil à mouvements oculaires rapides (REM) est un état de sommeil présentant une activité corticale électrique de faible amplitude et de fréquence rapide, similaire à l'éveil. Cependant, des études récentes ont montré que certaines aires corticales présentent une activité de lente proche de celle du sommeil lent. L'objectif de la thèse est de mieux caractériser la distribution temporo-spatiale de ces oscillations lentes et rapides, puis de proposer un modèle computationnel permettant de faire des prédictions sur les mécanismes responsables de cette distribution complexe d'activité corticale. Nous avons d'abord analysé des enregistrements multisites de potentiel de champ local et avons montré que, dans les zones somatomotrices, l'activité lente du REM présente plusieurs caractéristiques différentes de celle du sommeil lent, en revanche, cette activité n’est pas observée dans l'hippocampe et le mPFC. Dans un second temps nous proposons un modèle du cortex entier de la souris en REM, en implémentant une hypothèse de neuromodulation hétérogène au sein du cortex. Ce modèle est composé d’un réseau de champs moyens, connectés entre eux suivant le connectome de la souris en utilisant le simulateur The Virtual mouse Brain, et avec différents niveaux d'adaptation, conformément à nos résultats biologiques. Dans ces conditions, le modèle reproduit la distribution des oscillations lentes et rapides dans les aires somato-motrices et autres aires corticales. Ainsi, nous proposons qu'une distribution dynamique de la signalisation cholinergique puisse expliquer les caractéristiques spécifiques de l'activité corticale du REM par rapport au sommeil lent et à l'éveil.Rapid eye movement (REM) sleep is a sleep state exhibiting low-amplitude, high-frequency cortical activity, similar to wakefulness. However, recent studies have shown that certain cortical areas exhibit slow activity close to that of slow-wave sleep. The objective of the thesis is to better characterize the temporal-spatial distribution of these slow and fast oscillations, and then to propose a computational model to make predictions on the mechanisms responsible for this complex distribution of cortical activity.We first analysed multisite recordings of local field potential and showed that, in somatomotor areas, slow REM activity exhibits several differences from that of slow-wave sleep. In contrast, this activity is not observed in the hippocampus and mPFC.Secondly, we propose a model of the entire mouse cortex in REM, by implementing a hypothesis of heterogeneous neuromodulation within the cortex. This model is composed of a network of mean fields, connected to each other following the connectome of the mouse using The Virtual mouse Brain simulator, and with different levels of adaptation, in accordance with our biological results.Under these conditions, the model reproduces the distribution of slow and fast oscillations in the somatomotor and other cortical areas. Thus, we propose that a dynamic distribution of cholinergic signalling may explain specific features of REM cortical activity with respect to slow-wave sleep and wakefulness

Analyse éxperimentale et computationnelle de la distribution de l'activité corticale au cours du REM chez la souris

Rapid eye movement (REM) sleep is a sleep state exhibiting low-amplitude, high-frequency cortical activity, similar to wakefulness. However, recent studies have shown that certain cortical areas exhibit slow activity close to that of slow-wave sleep. The objective of the thesis is to better characterize the temporal-spatial distribution of these slow and fast oscillations, and then to propose a computational model to make predictions on the mechanisms responsible for this complex distribution of cortical activity.We first analysed multisite recordings of local field potential and showed that, in somatomotor areas, slow REM activity exhibits several differences from that of slow-wave sleep. In contrast, this activity is not observed in the hippocampus and mPFC.Secondly, we propose a model of the entire mouse cortex in REM, by implementing a hypothesis of heterogeneous neuromodulation within the cortex. This model is composed of a network of mean fields, connected to each other following the connectome of the mouse using The Virtual mouse Brain simulator, and with different levels of adaptation, in accordance with our biological results.Under these conditions, the model reproduces the distribution of slow and fast oscillations in the somatomotor and other cortical areas. Thus, we propose that a dynamic distribution of cholinergic signalling may explain specific features of REM cortical activity with respect to slow-wave sleep and wakefulness.Le sommeil à mouvements oculaires rapides (REM) est un état de sommeil présentant une activité corticale électrique de faible amplitude et de fréquence rapide, similaire à l'éveil. Cependant, des études récentes ont montré que certaines aires corticales présentent une activité de lente proche de celle du sommeil lent. L'objectif de la thèse est de mieux caractériser la distribution temporo-spatiale de ces oscillations lentes et rapides, puis de proposer un modèle computationnel permettant de faire des prédictions sur les mécanismes responsables de cette distribution complexe d'activité corticale. Nous avons d'abord analysé des enregistrements multisites de potentiel de champ local et avons montré que, dans les zones somatomotrices, l'activité lente du REM présente plusieurs caractéristiques différentes de celle du sommeil lent, en revanche, cette activité n’est pas observée dans l'hippocampe et le mPFC. Dans un second temps nous proposons un modèle du cortex entier de la souris en REM, en implémentant une hypothèse de neuromodulation hétérogène au sein du cortex. Ce modèle est composé d’un réseau de champs moyens, connectés entre eux suivant le connectome de la souris en utilisant le simulateur The Virtual mouse Brain, et avec différents niveaux d'adaptation, conformément à nos résultats biologiques. Dans ces conditions, le modèle reproduit la distribution des oscillations lentes et rapides dans les aires somato-motrices et autres aires corticales. Ainsi, nous proposons qu'une distribution dynamique de la signalisation cholinergique puisse expliquer les caractéristiques spécifiques de l'activité corticale du REM par rapport au sommeil lent et à l'éveil

Reducing the use of screen electronic devices in the evening is associated with improved sleep and daytime vigilance in adolescents

The use of screen electronic devices in the evening negatively affects sleep. Yet, sleep is known to be essential for brain maturation and a key factor for good academic performance, and thus is particularly critical during childhood and adolescence. Although previous studies reported associations between screen time and sleep impairment, their causal relationship in adolescents remains unclear. Using actigraphy and daily questionnaires in a large sample of students (12 to 19 years old), we assessed screen time in the evening and sleep habits over 1 month. This included a 2 week baseline phase, followed by a 40 min sleep education workshop and a 2 week interventional phase, in which participants were asked to stop using screen devices after 9 pm during school nights. During the interventional phase, we found that the reduction of screen time after 9 pm correlated with earlier sleep onset time and increased total sleep duration. The latter led to improved daytime vigilance. These findings provide evidence that restricting screen use in the evening represents a valid and promising approach for improving sleep duration in adolescents, with potential implications for daytime functioning and health