Petit, moyen ou gros dormeur nous avons tous besoin d’un sommeil réparateur. Le sommeil est bien sûr un sujet de rêve et de nuits blanches pour les chercheurs qui ont élucidé bien des questions sur la biologie du sommeil et ses dérèglements. Les réponses apportées par leurs travaux nous ont appris l’importance à la fois de nos comportements et de facteurs (bio)chimiques qui conditionnent notre exploration du pays de Morphée : habitudes de vie, horloge biologique, sérotonine, mélatonine, etc.

2. Le sommeil : un état très actif aux aspects multiples
#OneMansVigil #HorlogeBiologique #Age #Dauphins #Lumière #Mélatonine
#NREM #REM #Hypersomnie #Modafinil #Cerveau #DivisionsCellulaires
#EffetsComportementaux #Anxiété #ModeAlimentaire

3. Phases
Rythmes
circadiens
Lumière Paramètres Modes Animaux Comportement Alimentation Cerveau Biologie Problèmes
Sleep spindle
Horloge
biologique
Illumination
constante,
LL
Durée
Rêves
lucides
Primates,chi
mpanzés
Anxiété Ruminants
Zone
réticulée
Mitose, méïose Ronflement
Sommeil
profond
Oscillateurs DL, DD Ondes lentes Rêves Porcins Suicide
Herivore,
omnivore,
carnivore
SCN Mélatonine
CPAP, bi-
PAP
Polyphasique Zeitgeber
Naturelle/
artificielle
Cycle
Réveil,
coucher
Souris, rat,
hamster
Mode de vie
Activité
cérébrale
Liquide
cérébrospinal
Insomnies
REM/paradoxa
l
Cycle repos-
activité
Electrique
Privation
complète
Hypnose Dauphins Civilisation fMRI
Neurones,
astrocytes Hypersomnie
NREM/non
paradoxal
Nocturne,
diurne
Intensité/Lu
x
Fragmenté Mammifères Vigilance
Michel Jouvet -
Modafinil
Stade II
(pensées
créatives) ;
Aristote,
Einstein, Dali)
Feu
bois/chaleur
Unihémisphèriq
ue
Pingouins Interactions sociales Cellules souches Apnée
Compositio
n spectrale
Activité
électrodermale
Modèles Exercices physiques Adrénaline Apoptose
Espace
Electroencéphal
ographie
Emploi du temps
Maturation
sexuelle
Cancer
Lumière
vive
One Man's
Vigil/Randy Gardner
Albedo Heures repas
Antarctique
Sous-vêtements de
maintien
Le sommeil : complexité et importance

5. Pendant le sommeil les organes de notre corps travaillent tous. Suivant nos
activités de la journée l’architecture du sommeil et ses différentes phases à
rôles spécifiques vont avoir une influence sur sa durée totale, suffisamment
longue ou courte afin que nous soyons fonctionnels pour une nouvelle journée !
La durée du sommeil

6. Durée sommeil et activité
Observation sur l’influence
des activités
comportementales des
pingouins lorsqu’ils se
trouvent sur l’île de la
Possession dans l’archipel
Crozet dans le sud de l’océan
Indien. Suivant le moment où
ils se trouvent dans cet
intervalle de temps consacré à
la reproduction de l’espèce, ils
dorment plus ou moins. Le
moment où ils dorment le
moins c’est celui où l’oisillon
vient de naître. Behavioural time budget of breeding king
penguins (Aptenodytes patagonica), Challet, (1994)
Time budget of breeding king penguins (percentages calculated
from Tables I & 11). (BE) Breeders with an egg;
(BC) breeders with a newly hatched chick; (BI) breeders when
starting their incubation shift; (B2) breeders when finishing
the shift.
Jours
suivant la
naissance
du poussin

7. Plasticité du sommeil
Vigilance states in the mouse (n = 8) and the
guinea pig (n = 9; 49). Mean hourly values
for non-REM sleep (hatched area) and REM
sleep (black area) are shown. The 12-h light-
12-h dark cycle is indicated by vertical lines
and black bars. Note: the mice are
predominantly nocturnal, i.e., they sleep
more during the light period, than in the
dark period, however a considerable
amount of sleep occurs also in the dark. In
contrast, the guinea pigs show no clear
diurnal or nocturnal preference for sleep. (Is
sleep fundamentally different between mammalian
species?, Tobler, (1995))
Time course of vigilance states and EEG slow-wave
activity in non-REM sleep (SWA; EEG power density in the
frequency band 0.75- 4.5 Hz) during a baseline day, 4 h
sleep deprivation and subsequent recovery (mean _+ 2
S.E.M. n = 7 adapted from 6) in the Djungarian hamster,
Phodopus sungorus. Curves connect mean 1-h values of
REM sleep and non-REM sleep (top panel) and SWA
(lower panel). SWA is expressed relative to the 24-h
value of baseline ( = 100~o). The light-dark cycle (LD 16:8
h) is indicated by the vertical lines and by the horizontal
white and black bars. Significant differences between
recovery intervals and consecutive intervals of baseline
(beginning with hours 0-2) are indicated by open (P <
0.05; two-tailed paired t-test) and filled (P< 0.001)
triangles. Orientation of the triangles indicates the
direction of deviation from baseline, Note the
predominance of sleep during the light period for this
nocturnal rodent and the decrease of SWA in the course
of the main sleep period. Sleep deprivation of only 4 h
was followed by a small and short increase in NREM
sleep and by a remarkable increase in SWA. The values
were above baseline for approx. 6 h
decreasingprogressively across the time-course of
recovery. (Is sleep fundamentally different between
mammalian species?, Tobler, (1995))
L’organisation de la phase de sommeil au
cours d’une journée est plus dépendante
des besoins physiologiques d’un animal que
de ses rythmes circadiens. En temps
d’activité normale, les rythmes circadiens
prévalent par rapport au déroulement de la
phase de sommeil. Mais lorsque
l’organisation de l’activité de l’animal est
perturbée, le sommeil se déroulera de
manière à ce que les besoins
physiologiques du corps qui lui sont
associés soient remplis si besoin en
s’affranchissant du rythme veille-sommeil
normalement imposé par son horloge
biologique. Donc l’organisation du sommeil
n’est pas immuable et on peut adapter son
déroulement pour remplir certains objectifs
comportementaux. Mais certaines des
fonctions liées au sommeil sont
probablement vitales et ainsi le sommeil
profond n’est pas optionnel.
Moment et durée des phases REM
et NREM modulables suivant les
contextes pour les mammifères +
variété mode d’adaptation du
sommeil.

8. Rythmes biologiques et lumière
Mechanisms of depressed mood caused by exposure to light at night. Studies in rodent models have
revealed several putative mechanisms through which exposure to artificial light at night disrupts mood.
Nighttime light can indirectly affect mood by disrupting sleep, hormone secretion, neuroplasticity,
neurotransmission or gene expression. In parallel, nighttime light can directly affect mood through aberrant
signals transmitted from ipRGCs in the retina to brain regions involved in emotional regulation. In the panel,
green brain regions represent primary ipRGC targets and blue regions represent secondary targets. HPC,
hippocampus; ipRGC, intrinsically photosensitive retinal ganglion cells; LC, locus coeruleus; LHb, lateral
habenula; MeA, medial amygdala; SCN, suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus; VTA, ventral
tegmental area. (Bedrosian TA, Nelson RJ. Timing of light exposure affects mood and brain circuits. Transl Psychiatry. 2017 Jan
31;7(1)
Lorsque l’horloge biologique du
corps et les activités qu’elles
contrôlent ne suivent plus le
déroulement de la journée par
exposition à la lumière naturelle,
cela peut provoquer des troubles
à retentissements biologiques
(cancers, dysfonctionnements
métaboliques) et aussi avoir un
impact direct sur l’humeur de la
personne. La lumière artificielle
nous donne plus de pouvoir par
rapport à atteindre nos objectifs,
mais elle peut avoir des
conséquences néfastes sur notre
horloge biologique. Le sommeil
est perturbé dans ses conditions
de lumière artificielle. Mais celle-
ci agit probablement
directement sur certains
paramètres biologiques sur
lesquels elle aura plus de
retentissements négatifs que sur
le sommeil.

9. Lumière et mélatonine
Perte du stade IV du cycle du sommeil pendant l’hiver polaire ou même par exemple
dans les pays scandinaves quand la nuit dure plusieurs mois. L’architecture et le
déroulement du sommeil sont très bouleversés, mais avec beaucoup de variations
individuelles. Au résultat on dort très mal et on peut souffrir d’insomnies.
La solution ? Un traitement photopériodique minimal:
1 heure de lumière vive (2000 lux de lumière blanche à spectre large) de 8h00 à 9h00
du matin et pareil le soir de 19h30 à 20h30 restaure un rythme biologique estivale du
point de vue de la sécrétion de mélatonine. Biological rhythms during residence in polar regions, J. Arendt, Chronobiol
Int, 29 (2012) 379-94.
Bright-light treatment group; 24-h mean plasma melatonin (n = 5). A: measured at the winter solstice, and after 6 weeks of light
treatment following the winter solstice. B: measured at the winter solstice as for (A) and at the summer solstice. The open
block shows time of light treatment. S.E.M.s are shown. See text for details. (Broadway J, Arendt J, Folkard S. Bright light phase shifts the human
melatonin rhythm during the Antarctic winter. Neurosci Lett. 1987 Aug 18;79(1-2):185-9.)

10. Un été antarctique
Paramètres
• Été antarctique de 4 mois : illumination constante
• Polysomnographie, taux cortisol et mélatonine dans la salive
• Humeur, tonus, ressenti subjectif de la qualité de sommeil, vigilance psychomotrice
Résultats
• Fragmentation du sommeil
• Diminution durée phase NREM, accroissement durée phase REM
• NREM prédomine en fin de sommeil, REM au début ; inversion par rapport à la normale
• Cortisol : inchangé ; mélatonine : sécrétion retardée  effet sur NREM
• Humeur inchangée et peu de sensation de fatigue  compensation par privation partielle
sommeil et lumière intense ?
• Baisse de la vigilance psychomotrice
Sleep during an Antarctic summer expedition: new light on "polar insomnia", N. Pattyn, O. Mairesse, A. Cortoos, N. Marcoen, X. Neyt and R. Meeusen, J Appl Physiol, 122 (2017) 788-794.

11. Ensoleillement et sommeil

13. Chimie ou chaussettes ?

14. Modafinil
• Sommeil paradoxal (REM)
• Efficacité et sûreté
• Contre hypersomnie, narcolepsie
• Pas de dette de sommeil
• Court/long terme
• Pas d’altération sommeil nocturne
• 90% d’utilisation hors-label : décalage horaires,
augmentation capacité cognitives
• Aide contre dépendance drogues
• Agit comme un agoniste des récepteurs centraux
alpha-1 adrénergiques (adrénaline, noradrénaline)
Traitements des hypersomnies par le modafinil.
Bastuji H, Jouvet M. Presse Med. 1986 Sep
6;15(28):1330-1.
(privation phase paradoxale)

15. Mode alimentaire et sommeil
Clues to the functions of mammalian sleep, Siegel, (2005)
(…) l’absence quasi
totale de
rumination, dans le
cas d’un broyage de
la ration,
s’accompagne d’une
augmentation de la
durée de sommeil à
ondes lentes
(Etude polygraphique et
comportementale des états de veille et
de sommeil chez la vache (bos taurus),
ruckebusch, (1970))

18. Merci ! Le Café Sciences sur les
réseaux sociaux

19. Annexes

20. Rythmes biologiques : gènes ou protèines
(A) The transcription translation oscillator (TTO model) in Arabidopsis thaliana as studied by Locke et al (2005).
Here, the clock consists in an interlocked negative-feedback system with light as Zeitgeber acting positively on the
transcription of LHY/CCA1 and indirectly on TOC1 via a hypothetical gene Y. GIGANTEA was identified as a candidate
for Y via fitting to experimental data. (B) A hypothetical model for the rotary clock taken from Wang (2005). After
hexamer and KaiA/B/C complex assembly (I), the KaiC phosphorylation level increases through rotary
autophosphorylation driven by a rotating KaiA dimer inside the KaiC central channel (II and III). The fully
phosphorylated KaiC hexamer then dissociates and KaiC levels decrease due to proteosome-dependent degradation
(IV). KaiA: blue; KaiB: green; KaiC: gray. (Naef F. Circadian clocks go in vitro: purely post-translational oscillators in cyanobacteria. Mol Syst Biol. 2005;1:2005.0019. Epub 2005
Sep 13.)