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