Le sommeil est un état de conscience distinct de l’éveil et nécessaire à diverses fonctions du cerveau allant de la métabolisation des déchets dans le système nerveux central jusqu’à la plasticité cérébrale, la mémoire et la performance cognitive. Les fuseaux de sommeil (FS), ces oscillations fusiformes ayant une fréquence qui varie entre 12 et 16 Hz, constituent un marqueur de synchronie neuronale principalement observé dans le sommeil lent. Ils font partie de ces oscillations qui ont été associées à la préservation du sommeil, la consolidation en mémoire et à l’intelligence. Les FS montrent une très grande variabilité intra- et interindividuelle quant à leurs caractéristiques, celles-ci étant d’ailleurs influencées par des facteurs tels que l’âge et le sexe. Les mécanismes neurophysiologiques impliqués dans ces variations demeurent toutefois méconnus à ce jour. Il a été démontré que la génération et la propagation des FS dépendent de la communication entre le thalamus et le cortex et reposeraient sur les fibres de matière blanche (MB) du cerveau. Le but de cette thèse est donc d’investiguer l’implication de la connectivité anatomique par l’analyse de la MB du cerveau, dans la variabilité interindividuelle des caractéristiques des FS. Nous évaluerons également si les différences d’âge et de sexe dans les caractéristiques des FS peuvent être expliquées par la MB. La première étude a évalué si l’intégrité de la MB du cerveau pouvait expliquer les changements d’amplitude et de densité des FS au cours du vieillissement. Une meilleure intégrité de la MB dans les principaux faisceaux connectant le thalamus au cortex frontal a été associée à une plus grande amplitude des FS et de l’activité électroencéphalographique dans la bande de fréquences sigma. Ces résultats ont été observés exclusivement chez les sujets jeunes, suggérant que d’autres facteurs pourraient expliquer les changements de FS au cours du vieillissement. La deuxième étude avait, quant à elle, pour but d’évaluer si la longueur des faisceaux de fibres thalamo-corticales (TC) prédisait la variation interindividuelle de la fréquence et de l’amplitude des FS. Il a été démontré que de plus courts faisceaux de fibres entre le thalamus et les régions frontales prédisaient une fréquence des FS plus rapide. De plus, une analyse de médiation a permis de démontrer que la différence sexuelle observée pour la fréquence des FS était complètement expliquée par l’effet indirect du sexe sur la longueur des faisceaux de fibres de MB. Nos résultats suggèrent donc que l’amplitude et la fréquence des FS reflèteraient des aspects spécifiques des projections de MB sous-jacentes à la boucle TC. De fait, l’amplitude des FS a été associée à l’intégrité des connexions neuronales et à la synchronie des décharges électriques alors que la fréquence des FS a été associée au temps requis à l’influx nerveux pour parcourir la boucle TC et à des mesures quantitatives des projections entre le thalamus et le cortex cérébral. Cette thèse propose donc une première hypothèse neuroanatomique tentant d’expliquer les variations interindividuelles et sexuelles des caractéristiques des FS.

Mots-clés : Fuseaux de Sommeil , Polysomnographie , Électroencéphalographie , IRM de diffusion , Matière blanche du cerveau , Imagerie par tenseur de diffusion , Tractographie , Analyse de médiation/modération , Vieillissement normal , Différences sexuelles , Diffusion MRI