Centre national de la recherche scientifique - PHYLOREMVibreur préprogrammable de privation / test...
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PHYLOREM Les reptiles “rêvent”-ils ? Caractérisation physiologique,
électrophysiologique et comportementale des états de vigilance chez
Tupinambis merianae.
Libourel Paul-Antoine, CRNL,CNRS UMR5292, INSERM U1028, Team Sleep
PEPS EXOMOD
Journée de restitution 15-16 février 2016
Activité Inactivité
- Exploration
- Reproduction
- Nourrissage
- Soin parental
- …
- Quiescence
- Sommeil
- Torpeur
- Hibernation
Environnement Physiologie
Contexte - Lumière
- Température
- Prédation
- Ressources
- …
- Métabolisme
- Cycle de reproduction
- Besoins liés à
l’inactivité
Qu’est ce que le sommeil?
• Définition comportementale
- Position stéréotypique et lieu spécifique
- Maintenance d’une quiescence comportementale
- Seuil de réveil élevé
- Réversibilité suite à une stimulation intense
- Régulation homéostatique
Eveil Sommeil lent Sommeil paradoxal
EMG
EEG
2 états de sommeil chez les mammifères
Qu’est ce que le sommeil?
• Définition physiologique et électrophysiologique
Sommeil lent (SWS)
(Sommeil calme, QS)
Sommeil paradoxal (PS)
(Sommeil actif, AS)
EEG Delta, spindles, ShW Ripples Theta, PGO
EMG Faible Atonie
EOG Pas de mouvements oculaires Mouvements rapides des yeux
thermorégulation Maintenue à un niveau faible Non maintenue
Température cérébrale faible haute
ECG régulier Irrégulier
Fréquence respiratoire régulier Irrégulier
Erection Non Oui
Twitches et mouvements
automatiques Non Oui
Régulation
homéostatique Oui Oui
Qu’est ce que le sommeil?
Ondes lentes
pendant le QS
SharpWaves
Ripples
pendant le QS
Spindles
pendant le
QS
Periodes avec du
theta
hippocampique
Periodes
d’atonie
pendant le
sommeil
Periodes avec
des
mouvements
oculaires
Periodes avec
des twitchs
pendant le
sommeil
Mammifères
adultes Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui
Rats nouveau-
nés Non Non Non Non Non Non Oui
oiseaux Oui Non Non Non +/- Oui Oui Oui
Amphibiens Non Non Non Non Non Non Non
Reptiles Non ? Non Non Non ? Oui ? Oui
Phylogénie du sommeil des tétrapodes
• Les critères physiologiques et électrophysiologiques du sommeil ne sont pas
universels chez les vertébrés
• La définition des états de sommeil basée sur les mammifères ne peut être appliquée
strictement lors de comparaison entre espèces
Des études phylogénétiques et ontogénétiques doivent être conduites chez les
reptiles pour comprendre le rôle et l’origine du sommeil
Phylogénie du sommeil des tétrapodes
Les homéothermes semblent
présenter ces deux états de
sommeil.
Le sommeil calme et le sommeil
actif ont-ils eut une évolution
convergente concomitantes avec
l’apparition de l’homéothermie?
Nécessité d’étudier les
reptiles et les amphibiens
Phylogénie du sommeil des tétrapodes
• Seuil de réveil
• Homéostasie
• Mouvements de yeux
• Atonie
• Twitches
• EEG
• …
13 articles
Salamandres: 1
Grenouilles et crapaud: 9
33 articles :
Tortues: 9
Crocodiles: 3
Lézards et serpents: 12
Seuil de réveil plus élevé pendant le sommeil
Phylogénie du sommeil des tétrapodes
Libourel & Herrel, 2015, Biol. Rev.
Reptiles non-aviens
QS = SWS ???
• Pas d’ondes lentes
• Sharp Waves
AS ?
• Mvt Oculaires
• Twitchs
• Pas d’atonie
PS ou Eveil ???
Objectifs du projet
Comprendre le rôle du sommeil paradoxal par une approche
comparée dans un cadre évolutif et écologique.
• Court terme:
Partie 1: Développement d’une centrale d’enregistrement des
paramètres caractérisant le sommeil en data logging et sans fil.
Partie 2: Caractérisation électrophysiologique et comportementale
du sommeil chez une espèce de reptile en laboratoire
• Moyen terme:
– Déploiement de ces méthodologies sur d’autres espèces
– Ouverture vers du milieu semi-naturel et naturel.
Equipes impliquées
SOMMEIL (Part. 1 et 2)
• CRNL, équipe sommeil
BIOCAPTEURS (Part. 1)
• INL, équipe MMB, Bertrand Massot
EVOLUTION, HERPETOLOGIE (Part. 2)
• MNHN, équipe FUNEVOL, Anthony Herrel
Centrale de mesure Partie 1:
Conception et réalisation d’un prototype miniature (25x15x15mm)
Outil polyvalent pour la caractérisation des cycles de sommeil
Configuration sans-fil temps-réel ou datalogger (carte SD)
Autonomie de plusieurs jours pour l’acquisition continue de cycles de sommeil successifs
Centrale de mesure Partie 1:
B.Massot INL
Un dispositif dédié à l’analyse du sommeil (comportement et physiologie)
Électrophysiologie (jusqu’à 26 canaux
configurables)
Température (3 canaux)
Actimétrie (accélérométrie 3 axes)
Vibreur préprogrammable de privation /
test de seuil de réveil
Intégration hardware et software
dispositif dans un set de logiciels
dédié à l’analyse du sommeil
Centrale de mesure Partie 1:
B.Massot INL
Validation du dispositif chez le rat
• Fiabilité
• Data logger / wireless
• Autonomie
• Qualité des signaux
Centrale de mesure Partie 1:
B.Massot INL
Perspectives
• Miniaturisation
• Etanchéité
• Implantable
Création d’une plateforme logiciel et matériel de
caractérisation du sommeil du laboratoire au milieu naturelle
Bilan
Prototype fonctionnel et validé pour une utilisation en
laboratoire et animaux >100g
Sommeil du tégu argentin, Tupinambis merianae
A. Herrel MNHN
Partie 2:
Choix du modèle (Tupinambis merianae): - Pas agressif - Grande taille - Capacité cognitives parmi les plus
complexe des lézards => Augmente les chances de trouver du PS si il existe
Approches multimodale (physiologies, comportements, pharmacologie)
Sommeil comportemental 24 h en conditions contrôles
Partie 2:
Out Rest (OR)
Shelter Rest (SR)
Sommeil comportemental
Seuil de réveil
La latence et seuil de réveil plus élevé quand l’animal est dans
son abris.
Partie 2:
Sommeil comportemental
Privation de repos pendant la période de nuit
La quantité de SR augmente de 13% après 9h de privation
SR est régulé homéostatiquement
Partie 2:
Sommeil du tégu argentin, Tupinambis merianae
Conclusion comportementales:
- 2 états d’inactivité, OR vs SR
- Position et lieu spécifique
- la latence et seuil de réveil plus importante en SR
- SR est régulé homéostatiquement
OR = Quiet Wake (QW)
SR = Sleep (S)
Partie 2:
Sommeil comportemental Scorage des données
Partie 2:
AW QW S
EOG ++ + -
EMG ++ - -
Scorage automatique
Intervalle entre les mouvements oculaires nb/min
Sommeil comportemental Scorage des données
Partie 2:
'AW' 0,985
'QW' 0,742
'S' 0,908
'Total' 0,875
Taux moyen de
concordance (n=4)
=> Toutes les données seront scorées automatiquement
Sommeil du tégu argentin, Tupinambis merianae
Physiologie:
EMG, EEG, EOG, ECG
LFPs (26 electrodes):
- Medial cortex (hippocampe)
- Dorsal cortex
- Anterior Dorsal Ventricular Ridge (DVRa)
- Nucleus sphericus (NS)
Monitoring électrophysiologique
sans fil
Partie 2:
Sommeil du tégu argentin, Salvator merianae
Partie 2:
Anesthésie
Barillot et al. en soumission
Intramuscular administration of ketamine-medetomidine assures stable anaesthesia
needed for long-term surgery in the argentine tegu Salvator merianae.
Protocole anesthesique pour
chirurgie longue (> 12heures)
- 100 mg/Kg de Ketamine +
200µg/kg de medetomidine
- Réinjection d’une demie dose
toutes les 5 heures
Sommeil du tégu argentin, Tupinambis merianae
Chirurgie
Alignement
rigide
Atlas stereotaxic 3D
pour chaque animal
Partie 2:
Verification de la position
post implantation
Electrophysiology
EMG
EKG
EOG
Hip
DVRa
NS
NS tf
10s
0 hz
45hz
4- Oscillations dans la bande beta (10-30hz)
Partie 2:
Electrophysiologie 4- Oscillations dans la bande Beta
Durée totale (%) 0,896
Duration /sommeil (%) 1,5
Nombre moyen par jour 135
Occurrence pendant le sommeil (%) 94,814
Duration des évènements (s) 5,736 +/- 3,692
Durée entre évènements (min) 5,449 +/- 5,792
Partie 2:
Conclusion et bilan
- Partie 1:
• Respect du cahier des charge
• Prototype datalogger fonctionnel
- Partie 2:
Méthodologie
• Réplication des mesures et résultats sur 4 animaux
• IRM et scanner vont permettre de créer un atlas cérébral
• Système de privation sélective fonctionnelle
Biologie
• Le tégu présentent les caractéristiques comportementales du
sommeil
• 2 états électrophysiologiques du sommeil
Partie 2:
CRNL: Sébastien Arthaud , Pierre Hervé Luppi et toute l’équipe
SLEEP
MNHN: Anthony Herrel
CREATIS: Olivier Beuf, Eric Van Reeth, Mickael Sdika
INL: Bertrand Massot
EcoAquatron: Angéline Clair, Laetitia Averty
Financements:
Investissements d’Avenir (ANR-1 1-IDEX-0007)
CNRS Mission interdisciplinaire: PEPS Exomod 2015-2016.
Remerciements