Modélisation computationnelle dynamique du sommeil : une exploration des dynamiques électrophysiologiques cérébrales.

Le sommeil est un phénomène cyclique et multidimensionnel, essentiel à l’homéostasie cérébrale, à la consolidation mnésique et à la régulation émotionnelle. Il se décompose en plusieurs états — éveil, sommeil NREM (stades 1 à 3) et sommeil paradoxal (REM) — caractérisés par des motifs oscillatoires distincts enregistrables en EEG. La modélisation computationnelle vise à relier ces motifs aux mécanismes neuronaux sous-jacents et à comprendre les transitions dynamiques entre états.
On distingue plusieurs familles de modèles :
• Les modèles EEG-centrés, utilisant des réseaux neuronaux formels ou des structures
thalamo-corticales simulées, permettent de reproduire les oscillations lentes, les fuseaux de sommeil et les rythmes rapides observés expérimentalement. Ces modèles mettent en évidence la robustesse des générateurs d’ondes lentes au sein des circuits corticaux.
• Les modèles homéostasiques et circadiens, tels que le modèle à deux processus de Borbély (interaction des processus S et C), ou celui de Kronauer (oscillateurs non linéaires de type Van der Pol), permettent de simuler la pression de sommeil et son interaction avec l’horloge biologique. Ils fournissent un cadre utile pour comprendre les variations interindividuelles et les pathologies du rythme veille-sommeil.
• Les modèles corticaux multiplexés, intégrant la neuromodulation hétérogène, les connectomes individuels et la hiérarchie entre perception exogène et intéroception, ouvrent des perspectives sur la subjectivité des états de vigilance et la dynamique des microéveils.
• Les modèles à réseaux neuronaux dynamiques, explorent les principes de commutation binaire, d’oscillateurs couplés et de rétroactions hiérarchiques, simulant la stabilité des transitions d’état, l’architecture du sommeil et les intrusions pathologiques comme celles observées dans la narcolepsie.
L’intégration de ces approches permet de construire des modèles plus complets, susceptibles de prédire les effets de perturbations internes ou externes (médicamenteuses, comportementales, pathologiques). Ces travaux ouvrent la voie à des interventions ciblées, tant pharmacologiques que non médicamenteuses (neurostimulation, chronothérapie), pour des pathologies du sommeil ou des troubles cognitifs associés.