Thesis, COLLÉGIALITÉ

Abstract

Principal système noradrénergique du cerveau des vertébrés, le locus coeruleus (LC) est caractérisé par son grand nombre de projections dans la quasi-totalité du cerveau. En raison des propriétés neuromodulatrices de la noradrénaline, le système LC-NE participe à la régulation d’un large éventail de fonctions et de processus cérébraux, tels que l’éveil, la cognition, le stress et le sommeil. Bien que le LC semble être une structure importante pour le sommeil, elle reste difficile à étudier dû à sa localisation et à sa petite taille.

Dans le cadre de ce mémoire, nous avons cherché à évaluer le lien entre l’activité du LC pendant l’éveil et les caractéristiques de l’électroencéphalogramme (EEG) pendant le sommeil en utilisant l’IRM à ultra-hauts champs 7 Tesla. Afin de recruter le LC, nous avons utilisé une tâche de rivalité perceptive, considérée dans la littérature comme recrutant des processus attentionnels ascendants et descendants associés à l’activité du LC. Une cinquante de volontaires sains, dont 33 jeunes (âge : 22,27 ans ± 3,21 ans ; 29 femmes) et 17 personnes d’âge moyen avancé (âge : 61,35 ans ± 5,19 ans ; 12 femmes) ont participé au protocole. Les images structurelles du cerveau récoltées en IRMs ont été utilisées pour créer dans l’espace cérébral de chaque volontaire un masque LC individuel. La totalité de ces masques a été ensuite rassemblée en un masque LC probabiliste dans un espace cérébral de groupe standardisé. Après une semaine de sommeil régulier, les participants ont effectué une séance d’IRMf au cours de laquelle ils ont été soumis à la tâche de rivalité perceptive. Le sommeil habituel et de référence des participants ont également été enregistré en laboratoire sous EEG afin d’extraire 4 métriques du sommeil représentant certaines des caractéristiques les plus canoniques du sommeil (i. e : la puissance cumulée thêta pendant le sommeil REM, la latence d’endormissement (SOL), le pourcentage de sommeil REM et finalement l’énergie des ondes lentes (SWE) pendant le sommeil NREM). Finalement, un modèle linéaire général a été réalisé sur l’ensemble du cerveau avec l’outil Statistical Parametric Mapping 12 (SPM12). Les estimations de l’activité extraites sur les masques LC individuels ont été utilisées à la réalisation de modèles linéaires mixtes généralisés (GLMM). Ces modèles avaient pour but d’évaluer les associations entre l’activité du LC et les caractéristiques EEG du sommeil, en incluant l’âge, le sexe, l’IMC et la durée totale du sommeil (TST) comme covariables.

Les changements de perception dus à la tâche de rivalité perceptuelle ont été associés à une légère activation dans le LC gauche après contrôle de l’âge, du sexe, de l’IMC et du TST (p < 0,001, non corrigé, t > 3.26). Les résultats GLMM montrent qu’une plus grande activité du LC pendant l’éveil est associée à un REMs et un sommeil à ondes lentes plus intenses.

Known as the main noradrenergic system in the vertebrate brain, the locus coeruleus (LC) is characterized by its large number of projections into almost the entire brain. Due to the neuromodulatory properties of noradrenaline, the LC-NE system is involved in the regulation of a wide range of brain functions and processes, such as wakefulness, cognition, stress, and sleep. Although the LC appears to be an important structure for sleep, it remains difficult to study due to its localization and small size.

In this thesis, we sought to assess the link between LC activity during wakefulness and electroencephalogram (EEG) characteristics during sleep using 7 Tesla ultra-high-field MRI. To recruit the LC, we used a perceptual rivalry task, considered in the literature to recruit bottom-up and top-down attentional processes associated with LC activity. Fifty healthy volunteers, including 33 young people (age: 22.27 ± 3.21 years; 29 women) and 17 middle-aged people (age: 61.35 ± 5.19 years; 12 women) took part in the protocol. Structural brain images collected in MRI scans were used to create an individual LC mask in the brain space of each volunteer. The totality of these masks was then assembled into a probabilistic LC mask in a standardized group brain space. After a week of regular sleep, participants underwent an fMRI session during which they were subjected to the perceptual rivalry task. Participants’ habitual and baseline sleep were also recorded in the laboratory under EEG to extract 4 sleep metrics representing some of the most canonical features of sleep (i.e.: cumulative theta power during REM sleep, sleep onset latency (SOL), percentage of REM sleep and finally slow wave energy (SWE) during NREM sleep). Finally, a general linear model was performed on the whole brain using Statistical Parametric Mapping 12 (SPM12). The activity estimates extracted from the individual LC masks were used to build generalized linear mixed models (GLMM). The aim of these models was to assess associations between LC activity and EEG sleep characteristics, including age, gender, BMI and total sleep time (TST) as covariates.

Perceptual changes due to the perceptual rivalry task were associated with slight activation in the left LC after controlling for age, sex, BMI and TST (p < 0.001, uncorrected, t > 3.26). GLMM results show that greater LC activity during wakefulness is associated with more intense REMs and slow-wave sleep.