Physiopathologie du somnambulisme : étude de l’activité cérébrale en sommeil lent profond via la Tomographie d’Émission Monophotonique (TEMP) et l'analyse de connectivité fonctionnelle cérébrale

Abstract

Le somnambulisme se caractérise par des comportements moteurs complexes au cours du sommeil, dans un état où persiste une altération des fonctions cognitives, du jugement et de la conscience. Bien que cette parasomnie affecte jusqu’à 4% des adultes, sa physiopathologie demeure peu documentée à ce jour. Conceptualisé au départ comme un trouble reflétant une transition incomplète du sommeil vers l’éveil, le somnambulisme est maintenant aussi considéré comme un trouble reflétant des anomalies au niveau du sommeil lent profond (SLP). L’objectif de la thèse est de documenter la physiopathologie du trouble à la lumière de ces conceptualisations, en caractérisant l’activité cérébrale de somnambules à l’éveil et en sommeil lent profond à l’aide de deux techniques novatrices : les analyses de connectivité fonctionnelle cérébrale et la tomographie par émission monophotonique. Ces deux techniques sont particulièrement indiquées pour l’étude du sommeil et, bien que largement utilisées pour décrire le sommeil régulier, celles-ci n’avaient jamais encore été utilisées pour décrire le SLP de somnambules. Dans une première étude, des analyses de connectivité fonctionnelle cérébrale ont permis d’investiguer les changements d’interdépendance et de synchronisation des signaux EEG de 27 somnambules. La période de 20 secondes immédiatement avant le déclenchement d’un épisode de somnambulisme a été comparée à la période survenant 2 minutes avant leur déclenchement. Les résultats montrent que les épisodes sont précédés par des changements dans la connectivité fonctionnelle cérébrale qui suggèrent le passage vers un état plus près de l’éveil: une diminution de la connectivité locale dans la bande delta, caractéristique du sommeil, ainsi qu’une augmentation de la connectivité dans la bande beta, caractéristique de l’éveil, sur de longs réseaux inter-hémisphériques impliquant les régions frontales, pariétales et occipitales. Ces résultats soulignent que la coexistence entre le sommeil et l’éveil qui sous-tend les épisodes se manifeste également sous forme de changements au niveau des réseaux de connectivité cérébrale et que des marqueurs de cette coexistence s’installent avant même les manifestations comportementales des épisodes. Cette coexistence suggérant des anomalies du processus de transition vers l’éveil, elle appuie par ailleurs la classification du somnambulisme dans la catégorie des troubles de l’éveil. Dans une deuxième étude, la tomographie par émission monophotonique a été utilisée afin de caractériser le SLP et l’éveil, suivant 24 heures de privation de sommeil, de 10 somnambules et 10 participants contrôles. Les résultats révèlent que les somnambules, lorsque comparés aux participants contrôles, montrent une diminution de la perfusion en SLP dans plusieurs régions frontales et pariétales, régions qui ont préalablement été associées à la génération du SLP et à l’occurrence d’épisodes. De plus, les résultats en SLP montrent une diminution de la perfusion dans le cortex préfrontal dorsolatéral et l’insula, ce qui est congruent avec des manifestations cliniques des épisodes. À l’éveil, une diminution de la perfusion est observée chez les somnambules dans plusieurs régions frontales et pariétales, ce qui peut être mis en lien avec les dysfonctions cognitives et fonctionnelles diurnes observées chez cette population. En résumé, cette thèse suggère que le somnambulisme est associé à des anomalies fonctionnelles cérébrales qui s’étendent au-delà des épisodes eux-mêmes, affectant la période précédant leur déclenchement, de même que le SLP et l’éveil suivant privation de sommeil. Ainsi, elle souligne l’importance d’en arriver à une compréhension de la physiopathologie du somnambulisme qui prenne en considération la façon dont ce trouble se manifeste en dehors des épisodes comportementaux.

Somnambulism is characterized by the occurrence of complex motor behaviours during NREM sleep in a state in which consciousness, judgement and cognitive functions are altered. Although the disorder affects up to 4% of adults, its pathophysiology remains poorly understood. Initially viewed as a disorder reflecting an incomplete transition from sleep to wakefulness, sleepwalking is now also conceptualized as reflecting key anomalies in slow-wave sleep. The main objective of this thesis was to characterize the cerebral activity of sleepwalkers during wakefulness and during slow-wave sleep in order to elucidate the nature of episode occurrence as well as the disorder’s pathophysiology. EEG functional connectivity analysis and single-photon emission computed tomography (SPECT) are two innovative methods that have been widely used to describe normal sleep. However, these methods had not yet been used to investigate sleepwalkers’ slow wave sleep. In study 1, EEG functional connectivity analyses were used to investigate changes in EEG signal synchronization and interdependency in a group of 27 sleepwalkers who experienced a somnambulistic episode during slow-wave sleep. The 20-sec segment of sleep EEG immediately preceding each patient’s episode was compared with the 20-sec segment occurring two minutes prior to episode onset. Results show that episode onset is preceded by changes in EEG functional connectivity, including decreased delta connectivity in parietal and occipital regions and increased beta connectivity in symmetric inter-hemispheric networks implicating frontal, parietal and occipital areas. These results indicate that somnambulistic episodes are preceded by brain processes characterized by the co-existence of arousal and deep sleep and provide new insights into sleepwalking’s pathophysiology while bolstering its conceptualization as a disorder of arousal. In study 2, SPECT was used to investigate recovery slow-wave sleep and wakefulness following sleep deprivation in 10 sleepwalkers and 10 matched controls. When compared to controls, sleepwalkers showed decreased rCBF in frontal and parietal areas, regions previously associated with slow-wave sleep generation and episode occurrence. Additionally, reduced rCBF was found in the dorsolateral prefrontal cortex and insula during recovery slow-wave sleep, which is consistent with several clinical features of somnambulistic episodes. Reduced rCBF found during sleepwalkers’ resting-state wakefulness in frontal and parietal regions may be related to daytime cognitive and functional anomalies previously described in this population. Taken as a whole, the results from this thesis suggest that sleepwalking is characterized by cerebral functional anomalies that extend well beyond the episodes themselves. In fact, not only are such anomalies observed immediately preceding episode onset, but also more generally during sleepwalkers’ recovery slow-wave sleep and resting-state wakefulness following sleep deprivation. These findings highlight the importance of conceptualizing sleepwalking’s pathophysiology in a way that adequately accounts for how the disorder manifests itself outside of actual behavioural episodes.