Université de Montréal L`impact du vieillissement

Université de Montréal
L'impact du vieillissement neuroanatomique sur les ondes lentes du sommeil
par Jonathan Dubé
Département de psychologie
Faculté des arts et des sciences
Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures et postdoctorales
En vue de l’obtention du grade de maîtrise ès sciences en psychologie
Août 2014
© Jonathan Dubé, 2014

ii
RÉSUMÉ
Les ondes lentes (OL) sur l’électroencéphalogramme caractérisent le sommeil dit lent. Leur
production dépend de la synchronisation de l’activité neuronale dans un large réseau néocortical. Les
OL présentent d’importants changements au cours du vieillissement, et ce, dès le milieu de l’âge
adulte. L’objectif de ce mémoire est d’évaluer la contribution de l’amincissement cortical dans les
modifications des caractéristiques des OL durant l’âge adulte. Notre étude montre que la densité
(nb/min) et l’amplitude (µV) des OL est liée à l’épaisseur de plusieurs régions du cortex chez des
sujets jeunes et âgés. Toutefois, la pente des OL (µV/s) n’a pas semblé en relation avec la
neuroanatomie. Des analyses de médiation montrent que la diminution de la densité des OL chez les
personnes âgés s’explique par l’amincissement de gyri frontaux et temporaux, alors que les effets de
l’âge sur l’amplitude des OL s’expliquent par l’amincissement d’un ensemble plus grand de régions
corticales.
Mots clefs : sommeil, vieillissement normal, ondes lentes, homéostasie synaptique, épaisseur
corticale, médiation, électroencéphalographie, imagerie par résonnance magnétique

iii
ABSTRACT
Sleep slow waves (SW) on the electroencephalogram (EEG) reflect synchronous alternance
between depolarization and hyperpolarisation states in many cortical neurons. As soon as in the
middle-years of life (around 45-50 years old), sleep SW change considerably. In this master’s thesis,
we investigated the role of cortical thinning in normal age-related changes in characteristics of sleep
SW. Our results show that SW amplitude (µV) and density(nb/min) are linked to cortical thickness in
many cerebral regions in young and older subjects. However, SW slope did not present significant
associations with cortical thickness. Mediation analysis showed that specific thinning in right middle
frontal and middle temporal gyri explained age-related changes in SW density, whereas thinning in a
large-scale network of regions explained age-related changes in SW amplitude. As a whole, our results
shows that thinning in cortical regions involved in SW generation and propagation are associated with
age-related changes in sleep SW.
Keywords: sleep, normal aging, slow waves, synaptic homeostasis, cortical thickness,
mediation analysis, electroencephalogram, magnetic resonance imaging

iv
TABLE DES MATIERES
Résumé ........................................................................................................................................................................ ii
Abstract ...................................................................................................................................................................... iii
Table des matières ..................................................................................................................................................... iv
Liste des tableaux ....................................................................................................................................................... v
Liste des figures ......................................................................................................................................................... vi
Liste des abbréviations ............................................................................................................................................ vii
Remerciements ........................................................................................................................................................... x
Introduction générale ................................................................................................................................................. 1
Chapitre 1 - Contexte théorique ................................................................................................................................ 3
1.1. Structure du cortex cérébral ......................................................................................................................... 3
1.1.1. Types de cellules corticales ....................................................................................................................... 3
1.1.2. Organisation histologique du cortex ......................................................................................................... 5
1.1.3. Organisation cytoarchitectonique et fonctionnelle du cortex .................................................................... 9
1.1.4. L’épaisseur corticale ............................................................................................................................... 12
1.2. Activité fonctionnelle générée dans le cortex ............................................................................................. 17
1.2.1 Biophysique de l’EEG ............................................................................................................................ 17
1.2.2. Les oscillations de l’EEG ........................................................................................................................ 21
1.2.3. Oscillations cérébrales durant le sommeil ............................................................................................... 23
1.2.4. Génération et propagation de l’activité corticale en sommeil en relation avec l’EEG ........................... 31
1.2.5. La régulation homéostatique des ondes lentes ........................................................................................ 36
1.3. Sommeil et la vie adulte ............................................................................................................................... 39
1.3.1. Les effets de l’âge sur les oscillations de l’EEG en sommeil lent et sur les ondes lentes ....................... 40
1.3.2 Les effets de l’âge sur les ondes lentes et l’hypothèse des changements corticaux ............................ 42
Chapitre 2 - Problématique, objectifs et hypothèses ............................................................................................. 43
Problématique ...................................................................................................................................................... 43
Objectifs ............................................................................................................................................................ 43
Hypothèses ........................................................................................................................................................ 44
Chapitre 3 – Expérimentation ............................................................................................................................. 45
Chapitre 4 – Discussion ....................................................................................................................................... 96
4.1. Résumé des principaux résultats de l’étude ............................................................................................... 96
4.2. Hypothèses sur les mécanismes explicatifs ................................................................................................. 98
4.2.1. Effets de l’âge sur la génération des états neuronaux sous-tendant les ondes lentes. ............................... 99
4.2.2. Effets de l’âge sur les dipôles sous-tendant les ondes lentes ................................................................ 106
4.2.3. Effets de l’âge sur la plasticité synaptique et relation avec la cognition. ............................................. 109
4.3. Implications fonctionnelles ........................................................................................................................ 112
4.3.1. Rôle des OL dans la consolidation de la mémoire au cours du vieillissement. ..................................... 113
4.3.2. Rôle des OL dans la régulation du niveau de conscience lors du vieillissement ................................... 114
4.4. Limites ......................................................................................................................................................... 115
4.5. Conclusions et études futures .................................................................................................................... 119
Bibliographie .......................................................................................................................................................... 121

v
LISTE DES TABLEAUX
Chapitre 1 : Contexte théorique
Table 1. L’épaisseur corticale chez l’humain.
Chapitre 2 : Cortical thinning explains age-related changes in sleep slow waves
Table 1. Polysomnographic variables
Table 2. SW variables
Table 3. Positive associations between SW characteristics and cortical thickness
Table 4. Conjunct effect of age and SW characteristics on cortical thickness
Table 5. Simple mediation analysis for SW density
Table 6. Simple mediation analysis for SW amplitude
Table 7. Parallel mediation analysis for SW density
Table 8. Parallel mediation analysis for SW amplitude