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Borbely: Modèle de régulation du sommeil à deux processus
- 1. Le modèle à deux processus Alexander Borbély Paris, 11 juin 2010
- 2. Giuseppe Antonio Petrini, Le sommeil de saint Pierre, au musée du Louvre.(18e siècle)
- 3. La régulation du sommeil Quelques voix historiques
- 4. Aristote … ce n'en est pas moins une loi nécessaire que tout être qui veille puisse aussi dormir; car il est impossible d'être toujours en activité.
- 5. Aristote …pour tous les organes qui ont quelque fonction naturelle à remplir, quand on dépasse le temps durant lequel ils peuvent satisfaire à cette oeuvre, quelle qu'elle soit, il faut nécessairement qu'ils tombent dans l'impuissance
- 6. Flow of animal spirits in the brain determines sleep and waking (Descartes 1662) Flaccid in sleep Distended in waking
- 7. Eduard Robert Michelson: Studies of sleep depth 1891 In Weber and Burgmair 2008
- 8. Modèle à deux processus • Origine du concept • Analyse quantitative de l’EEG
- 9. Blake and Gerard 1937
- 10. Sleep in the rat: Slow-wave activity 0 6 12 18 24 TIME (h) Franken et al.1991
- 11. Early conceptualization of two processes based on rat data Borbély 1980 RAT 0 12 24 Borbély and Neuhaus, 1979
- 12. Fatigue rating during 72-h sleep deprivation Very tired Fatigue (%) Little tired Hours Day 1 Day 2 Day 3 kerstedt and Fröberg 1977
- 13. Two-process model Borbély Human Neurobiology 1982
- 14. Cela semble indiquer l’existence d’un sommeil superflu, c'est-à-dire tel qu’il pourrait faire défaut sans inconvénient, prolongeant le sommeil nécessaire, dont le minimum strictement indispensable est évidemment difficile à déterminer, à cause de la compensation probable des diminutions de durée par des augmentations de profondeur. Henri Piéron: Le Problème physiologique du sommeil, 1913
- 15. Durée d’éveil préalable E U C IQ IR AT C A ST EO D M IE O N H Durée de sommeil
- 16. Homéostasie et ondes lentes
- 17. Analyse quantitative de l’EEG REM Schlafstadium W 1 2 3 4 B 3000 LWA ( V2) 2000 1000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Stunden
- 18. Time course of slow wave activity and activity in the spindle frequency range modified from Dijk et al. 1990
- 19. Homeostatic sleep regulation 1.0 Process S 0.5 0.0 23 7 1820 23 7 23 7 Time of day
- 21. Slow-waves in the sleep-EEG depend on previous history Sleep deprivation SWA Night 1 Night 2 W || | | || | |||||||||||| || || | | | | |||| | | | | || | || || ||| | || N ||||||||||||||||||| ||||||||||||||||||||||||| |||| |||||||||||||| | ||||||||||||||||||||||||||||||| |||| |||||||||||||||||||||| | ||||||||||||||||||||| ||||||||||||||||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||| | |||||||||||||||||||| ||||||||||||||||||||| | R ||||||| ||| ||||||||||| |||||||||||||||||| |||||||| |||| ||||||| |||||||||||| |||||||||||||| || ||||||| 23 1 3 5 7 23 1 3 5 7 Time of day Time of day Daytime nap Night 1 Night 2 SWA W ||||| | | | | | ||| | ||||||||||||||| |||| N ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||| | | ||||||||||||||||||||||| || ||||||||||||||||||| ||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||||||||||||||||| ||||| ||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||||||||| ||||||||||||| ||||||||||||||||||||| || ||||| R ||||| |||||| |||||||||| |||||||||||||||||||| ||||||||||||||||| |||||| |||||| |||||| ||||||| 23 1 3 5 7 18 20 23 1 3 5 7 Time of day Time of day
- 22. Mensch Ratte LWA (0.75 - 4.0 Hz) LWA IM NREMS (%) Kontrolle Nach n=18 n=9 n=9 Schlafentzug ZYKLUS STUNDEN Aus Franken, Dijk, Tobler, Borbély, Am J Physiol 1991 Dijk, Brunner, Borbély, Am J Physiol 1990
- 24. Modèle à deux processus • Quelques prédictions • Evolution du modèle
- 25. Two-process model of sleep regulation Quantitative version Daan, Beersma, Borbély 1984
- 26. Phase of sleep episode determines sleep duration Borbély, 1982 Daan, Beersma, Borbély, 1984
- 28. Rockefeller University Feb. 1985
- 29. Concepts and models of sleep regulation, Zurich 1991
- 30. Elaborated model: Parameter estimation Ultradian dynamics of slow-wave activity (SWA) 300 SWA data Simulation Process S SWA [%] 200 100 0 0 100 200 300 400 time [min] • Parameter estimation dSWA SWA dS rc SWA S (1 ) gc SWA • Sensitivity analysis dt S dt • Test with independent fcR ( SWA SWAL ) REMT (t ) ( SU S ) rs data Achermann et al., 1993
- 31. Modèle à deux processus • S et C indépendents? • S et sommeil paradoxal • S et durée de sommeil
- 32. Läsion des Suprachiasmatischen Nukleus (SCN) Wirkung von Schlafentzug auf den Tiefschlaf Baseline n = 5 Recovery * p< 0.05 Tobler, Borbély, Gross, Neurosci Letters 42, 1983
- 33. Forced desynchrony protocol Dijk DJ, Czeisler CA, J Neurosci 1995
- 34. Pharmacological elimination of REM sleep Baseline Phenelzine 225 Data Simulation 175 SWA [%] 125 75 25 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 time [h] Landolt et al., 2001
- 35. Increased sleep pressure in short sleepers Aeschbach et al. 1996
- 36. Processus S pendant l’éveil S u b jec t 1 8 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50
- 37. Theta activity in the waking EEG is associated with sleepiness n=8 -400 200 Self-rated alertness [%] Theta power [%] -200 150 0 100 200 0 9 18 27 36 0 9 18 27 36 Time awake [h] Finelli et al., 2000
- 38. EEG dynamics in sleep and waking are related 200 subject 11 subject 18 200 Theta power [%] 150 SWA [%] SWA baseline 150 100 SWA recovery 50 100 Theta power in waking 0 23 7 15 23 7 15 23 7 23 7 15 23 7 15 23 7 Time of day [h] Finelli et al., 2000
- 39. Dual EEG markers of human sleep homeostasis 200 n=7 baseline to recovery [%] Increase of SWA from r = 0.851 S 11 p = 0.015 S 02 S 07 S 14 S 10 S 16 S 05 S 18 100 2 4 6 8 Rise rate of theta power in waking [% / h] Finelli et al. (2000) Neuroscience 101(3), 523-529
- 40. Homéostasie du sommeil Développements récents “Sommeil local”
- 41. Delphin Mensch Anstieg von Theta im Wach EEG [% / h] Zunahme von LWA im Schlaf EEG von Kontrolle zu Erholungsnacht [%]
- 42. Vibratory stimulus of the dominant hand interhemispheric shift of Whisker stimulation delta power over somato- sensory cortex towards in rats & mice contralateral hemisphere 3 EEG asymmetry (0.75-4.5 Hz) * (deviation from baseline) Effects on sleep EEG (% OF IPSILATERAL 2-h INTERVAL) 0 EEG POWER DENSITY IN NREMS * 110 -3 1 2 3 NREMS episode * * 105 Kattler et al., 1994 100 Vyazovskiy et al., 2000 1 2 3 Vyazovskiy et al., 2004 2-h INTERVALS
- 43. Homéostasie et continuité de sommeil
- 44. Sleep continuity is correlated with slow-wave activity nBA: number of brief awakenings Rat Franken et al. 1991
- 45. Study of sleep in invertebrates Tobler 1983 Tobler, Stalder 1988
- 46. Response to 12-h rest deprivation DROSOPHILA MELANOGASTER (n=26) 60 Baseline Gentle Handling Rest (minutes) 40 20 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (hours) Shaw et al. Science 287, 2000
- 47. Mammifères Drosophila Comportement Seuil d’éveil Rythme circadien Homéostasie Durée Homéostasie Intensité Performance diminuée après privation de sommeil
- 48. C’est dans les groupes qui présentent plus ou moins sporadiquement des phénomènes de sommeil, en particulier chez les insectes, les céphalopodes et les poissons, que l’on devra étudier les formes élémentaires de cet état de relâchement des fonctions motrices, complété par uns suspension plus ou moins accentuée des fonctions sensorielles qui caractérise le sommeil. Henri Piéron: Le Problème physiologique du sommeil, 1913
- 49. Synaptic homeostasis hypothesis Wakefulness Sleep Tononi and Cirelli, 2003, Brain Res Bull; Tononi and Cirelli, 2006, Sleep Med Rev
- 50. Ou bien le sommeil a apparu lorsque l'usure ou la fabrication intra-organique de déchets n'a plus été compensée par l'assimilation ou par l'élimination. … Pour rétablir l'équilibre, il a naturellement fallu que des phases de réparation ou d'accumulation d'énergie succédassent aux phases d'activité. Edouard Claparède Esquisse d'une théorie biologique du sommeil. 1905
- 51. Modèle à deux processus Borbély AA. A two process model of sleep. Human Neurobiol. 1 (1982) 195-204 Total Citations 1046 (Feb. 2010) 400 300 Nb. of citations 200 100 0 1985-89 1990-94 1995-99 2000-04 2005-09 Years
- 52. Ph D Postdoc Peter Achermann PD UZH Péter Alföldi Univ. Szeged Daniel Aeschbach Harvard Med.School Kimberly Cote Brock Univ., Canada Daniel Brunner Schlafmed. Zentrum Derk-Jan Dijk Univ. Surrey Zürich Helen Driver Queens Univ., Canada Christian Cajochen Univ. Basel Takuro Endo Univ. Sapporo Tom Deboer Univ. Leiden Julie Gottselig Harvard Med. School Luca Finelli Novartis, Basel Oskar Jenni* Kinderspital Zürich Paul Franken Univ Lausanne Caroline Kopp Univ. Basel Reto Huber Univ. Wisconsin Oleg Lyamin VA GLAHS Sepulveda, Hanspeter Landolt PD UZH CA Corinne Roth Inselspital Bern Ferenc Obál† Univ. Szeged Irene Tobler Tit. Prof. UZH Vlad Vyazovskiy Univ. Wisconsin Esther Werth Neurolog. Klinik USZ
Notes de l'éditeur
- En durée, les évolutions sont plus impressionnantes au début de la vie qu ’après 20 ans…par contre le rythme, et l’architecture vont effectivement beaucoup changé. Qu ’est-ce que l’architecture ?
- 21/11/10
- Donc cette rythmicité n’est pas simplement liée à la rotation de la terre autour du soleil.
- Pourtant, son action n ’est pas que bénéfique, la lumière et plus spécifiquement ses rayons UV ont pour effet de casser les liaisons entre les atomes, et donc d’entrainer des dégâts notamment au niveau de l’ADN. Le risque de transformation mutagène est alors important d’où la nécessité aussi de se protéger des rayons du soleil pour se donner un temps de réparation.
- La lumière agit sur notre cerveau par des voies particulières. Elle arrive sur la rétine où son intensité est perçue par les cellules ganglionnaires de la rétine. De là les fibres nerveuses se rendent directement vers une toute petite région de l ’hypothalamus, le noyau supra-chiasmatique, véritable horloge interne de notre organisme. Une seconde structure joue un rôle important, l ’épiphyse qui secrète la mélatonine. Des voies indirectes partent de noyau supra chiasmatique pour aller à l’épiphyse, via le ganglion cervical supérieur. Ainsi la lumière inhibe la sécrétion de mélatonine. Lorsque la mélatonine est libéréeelle agit en retour sur le NSC, et diffuse à tous l ’organisme où elle va agir sur les cellules pour entrainer la synchronisation des rythmes.
- Ainsi une lumière forte le matin a pour effet d ’avancer les horaires de sommeil plus précocement , alors qu’une lumière forte le soir aura un effet inverse.
- Globalement dans notre société et dans les modèles de sociétés industrialisées, on se couche de plus en plus tard, sans obligatoirement se lever beaucoup plus tard, sauf le week-end, et tout comme l ’adolescent. De plus en plus s’affirme le désir que tout est possible à tout moment du jour et de la nuit … certains souhaiteraient accéder aux services : achat, loisir, et même service public, sans limitation d’horaires. C’est ce qui se fait en Chine où il n’y a guère qu’aux alentours de 3 heures du matin que l’activité grouillante de la ville diminue. Certaines grandes chaines hôtelières prévoient de faire des chambres sans fenêtres avec des services disponibles 24h/24 où les dormeurs contrôleront eux même la lumière pour être plus proche de leur « temps interne ». Sur le plan professionnel la mondialisation impose aux entreprises une présence partout dans le monde. Cadres, consultants, dirigeants bougent d’un point à l’autre de la planète au rythme des jet lags désynchronisant
- Important réseau social il a d ’abord fasciné les adolescents mais très rapidement a atteint une population qui semblait en retrait, les retraités. Actuellement 60 % des français âgés de 15 à 34 ans utilisent internet tous les jours ou presque dans le cadre de leur temps libre alors que les retraités représentent 7% des utilisateurs quotidiens . Au travers de nos consultations nous voyions peu à peu le comportement de nos patients changer. L’ordinateur remplace ou fait suite au traditionnel film ou émission à la télévision. Pratiques Culturelles 2008, Ministère de la Culture et de la Communication 2009
- 21/11/10
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- Ainsi on sait que la durée de sommeil est variable, spécifique à l’individu , avec des besoins très différents allant de très peu de sommeil – le record est de 3h30 par nuit- à beaucoup de sommeil, définissant des courts dormeurs (moins de 6h) et des long dormeurs (plus de 9h). Ainsi un individu donné est caractérisé par une durée de sommeil optimale au dessous de laquelle il n’est pas bien, mais, ce qui est moins bien connue, au dessus de laquelle il se sent pas bien non plus. Dormir plus que de besoin n’est finalement pas mieux . Ce sommeil trop long se traduit par un réveil le matin de mauvaise qualité avec le sentiment d’être mal réveillé, encore très engourdi. Nous avons tous fait ce genre d’expérience un dimanche matin de grasse matinée où l’on cherche absolument à prolonger son sommeil, sans réaliser qu’on est en fait beaucoup plus mal que lorsqu’on s’était réveillé à l’heure habituelle.
- Le record en ce domaine a été réalisé en 1964 par Randy Gardner, un étudiant de 17 ans , qui a pu tenir 11 jours et demi dans avec, comme le raconte William Dément, encore de bonnes performances physique et intellectuelles à la fin de la période de privation. Outre le facteur de résistance au sommeil caractéristique individuelle indéniable, des facteurs motivationnels vont jouer un rôle fondamental. En particulier la notion de danger change considérablement les choses. Ainsi en situation de catastrophe ou lors de course en navigation solitaire, l’individu est capable de mobiliser des ressources et une énergie hors du commun pour lutter contre le sommeil car sa survie en dépend.