Optimizing acoustic stimulation timing for enhanced deep sleep: an analytical approach using polysomnography data

Résumé

La stimulation acoustique, une technique courante de neuromodulation, a montré qu’elle pouvait renforcer les oscillations lentes (SOs, slow oscillations) et l’activité à ondes lentes (SWA, slow-wave activity) pendant le sommeil profond non paradoxal (NREM). Cette amélioration soutient la fonction immunitaire, la régulation autonome, la santé cognitive, la consolidation de la mémoire et la sensation de repos au réveil. Des travaux antérieurs indiquent que l’efficacité du stimulus dépend du moment de son application par rapport aux rythmes corticaux en cours, en particulier les phases «upstate» des SOs (angles de phase compris entre 0 et 180°). Étant donné la forte connexion entre les systèmes central et périphérique pendant le sommeil, notamment au niveau cortico-cardiaque, nous avons cherché à examiner comment les phases corticales et cardiaques modulent les réponses à la stimulation et à déterminer les stratégies temporelles optimales. Nous avons analysé des enregistrements de polysomnographie nocturne provenant de 133 adolescents, durant lesquels des sons auditifs (80 dB, 1000 Hz, 50 ms) ont été présentés à intervalles aléatoires de 15 à 30 s. Les phases instantanées des SOs de l’EEG (∼0.8 Hz) ainsi que des composantes de la fréquence cardiaque (HR) en basse fréquence (LF; 0.04–0.15 Hz) et en haute fréquence (HF; 0.15–0.4 Hz) ont été extraites, et trois analyses complémentaires ont été réalisées : (1) comparaison des réponses évoquées par les sons entre les phases upstate et downstate des SOs et des composantes cardiaques ; (2) évaluation des stratégies d’ancrage de phase (phase-locking), en comparant des conditions unimodales (SO seul ou HR seul) et combinées EEG–HR aux conditions sans ancrage de phase et sans stimulation sonore, afin d’évaluer l’effet net de l’ancrage de phase et des sons ; et (3) analyse continue sur 360° des cycles de phase pour identifier des emplacements temporels optimaux au-delà de deux catégories de phase globales. La stimulation pendant les phases upstate de HR-LF et les phases downstate de HR-HF a produit des amplitudes de SO significativement plus grandes (jusqu’à ∼16% d’augmentation), davantage d’événements SO (jusqu’à 22%), une SWA plus élevée (jusqu’à 25%) et des réponses oscillatoires cardiaques marquées (jusqu’à 56%) par rapport aux phases opposées (p < 0.05). Par rapport à la stimulation sans ancrage de phase, l’ancrage sur les composantes cardiaques a augmenté l’amplitude des SOs d’environ 22 μV et la SWA de 12%, tandis que l’ancrage exclusivement sur les phases upstate des SOs a accru l’amplitude des SOs d’environ 18 μV et la SWA de 19%. Les effets maximaux ont été observés lorsque les phases cardiaques optimales coïncidaient avec les phases upstate des SOs, entraînant une augmentation de ∼38 μV de l’amplitude des SOs et de 32% de la SWA. L’analyse continue de phase a en outre révélé que les réponses culminaient juste avant le pic de phase upstate de HR-LF et le creux de phase downstate de HR-HF. Ces résultats démontrent que les phases oscillatoires corticales et périphériques fournissent des repères temporels robustes pour la stimulation auditive en boucle fermée. La combinaison des informations de phase EEG et HR permet un ciblage plus précis, mettant en évidence le couplage cerveau–cœur comme mécanisme d’optimisation des stratégies adaptatives de stimulation pour améliorer le sommeil profond et ses bénéfices physiologiques et cognitifs associés.

Date	22 déc. 2025
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Mohamad Forouzanfar (Directeur(-trice)) & Massimiliano De Zambotti (Codirecteur(-trice))