When the locus coeruleus speaks up during sleep: advancing the neurobiology of sensory vigilance

Anita Lüthi dirige un groupe de recherche au Département des neurosciences fondamentales de l’Université de Lausanne, en Suisse. Récemment, elle a identifié un nouveau principe dans l’organisation du sommeil des mammifères qui contribue à un long débat sur un conflit fondamental du sommeil : la nécessité d’être à la fois continu et fragile. La continuité du sommeil est nécessaire pour favoriser les effets bénéfiques pour le cerveau et le corps, tandis que la fragilité du sommeil est essentielle pour répondre aux stimuli sensoriels importants et aux menaces. Ces travaux ont stimulé la recherche transdisciplinaire avec des chercheurs spécialisés dans le sommeil humain, notamment le professeur Jan Born, de l’université de Tübingen, en Allemagne, afin de s’attaquer aux troubles de l’éveil du sommeil, comme dans l’insomnie humaine ou la douleur chronique. Elle a publié des articles dans les principales revues de neurosciences.

Elle a reçu plusieurs prix. Elle est présidente de la Société suisse des neurosciences et membre du comité scientifique de l’European Sleep Research Societies. Elle fait également partie des comités de rédaction de l’European Journal of Neuroscience et de l’American Journal of Neuroscience et est membre du comité consultatif de Current Biology. Elle a donné des conférences et des symposiums lors de grandes conférences internationales, telles que l’American Society for Neuroscience, la Federation of the European Neuroscience Societies, l’European Sleep Research Society et le Russian Sleep Society International Forum.

There is no doubt that sleep is quite the opposite of wakefulness. Behaviorally, meaningful interactions with the environment are suppressed; neurobiologically, wake-promoting brain areas are silent. However, for decades we’ve known that at least some wake-promoting areas continue to discharge action potentials during sleep – sparsely, but consistently. My talk will show that sleep-related activity in the locus coeruleus (LC), the major noradrenergic area of the brain known for its powerful wake-promoting actions, has so far been underestimated for sleep’s behavioural, architectural, and neurobiological assets. Using closed-loop optogenetic interrogation of LC activity during sleep, imaging of free noradrenaline levels in the forebrain, and heart rate monitoring in combination with global and local sleep recordings, we find that LC activity leads to pulsatile increases in the levels of noradrenaline on the infra low (~50-sec) time scale during non-REM sleep, while its levels decline during REM sleep. On this same time scale, LC activity variations play a role in sleep architecture and regulation, spectral dynamics in the forebrain, and the coordination of autonomic output. Together, my talk will make the case for a renewal of the dichotomous view on sleep and wakefulness, emphasizing that wake-related activity intruding into sleep is inextricably linked to the physiology of mammalian sleep and will, most likely, turn out to be a culprit in its manifold disruptions in pathophysiological conditions.