Sensitivity to light and pain over the 24 hours in healthy participants and migraine patients : homeostatic and circadian regulatory processes
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Abstract EN:
Several physiological and behavioural functions have a temporal organisation and thus exhibit 24-hour rhythms. These oscillations are named circadian rhythms when controlled by theendogenous circadian biological clock rather than regulated by environmental changes such asthe light/dark cycle, or the sleep/wake cycle. Sensory sensitivity seems to be influenced by thetime of day, but there are few studies and the mechanisms involved remain unknown. We useda highly controlled laboratory constant routine protocol to determine whether pain and lightsensitivity is rhythmic across the 24-h day, and to assess the contribution of homeostatic sleeppressure and circadian rhythmicity.In the first phase, we evaluated the time-of-day effect of sleepiness, pupillary light reflex andsensory sensitivity in healthy participants. In Study 1, we confirmed a homeostatic and circadian modulation of sleepiness and baseline pupil diameter. We also revealed that the sizeof the pupil is not a reliable biomarker of subjective sleepiness. In Studies 2 and 3, we revealeda modulation of both pain and light sensitivity across the 24-h day. First, sensory sensitivityincreased during the 34 hours of prolonged wakefulness, in parallel to sleep debt. Second,sensory sensitivity showed a significant circadian rhythmicity with maximal pain in the middleof the night (3-4 a.m.). This reveals an influence of both homeostatic and circadian componentson the magnitude of the sensory response.In the second phase, we assessed whether the 24-h rhythmicity of sensitivity to light and heatpain was altered in migraine patients and whether it was associated with an alteration of sleepand/or the circadian system. The preliminary results in Study 4 revealed a circadian rhythmicityof visual discomfort and pain sensitivity in migraine patients, with a maximal sensitivity in themiddle of the night, which is similar to healthy controls. Yet, migraineurs show an overallhypersensitivity to pain and a hyposensitivity to blue light across the 24 hours. These modifications might come from an abnormal homeostatic regulation of sleep, but may alsoinvolve the circadian system, as well as ipRGC sensitivity.In brief, our results report that pain and light sensitivity follow a 24-hour rhythm in both healthyparticipants and migraine patients and that this rhythmicity is driven by a dual influence from both homeostatic and circadian processes. In migraine patients, however, the activity of theseregulatory processes seems to be modified
Abstract FR:
De nombreuses fonctions physiologiques et comportementales comportent une organisation temporelle et ainsi présentent une rythmicité au cours des 24 heures. Ces oscillations sont nommées rythmes circadiens lorsqu’ils sont contrôlés par l’horloge biologique circadienne endogène, plutôt que par des changements environnementaux comme le cycle lumière obscurité,ou le cycle veille/sommeil. La sensibilité sensorielle semble être influencée par l’heure de la journée, mais les études sont peu nombreuses et les mécanismes impliqués restent méconnus. Nous avons utilisé un protocole très contrôlé, dénommé constante routine, afin de déterminer si la sensibilité à la lumière et à la douleur sont des réponses rythmiques au cours des 24 heures, et afin d’évaluer la contribution de la pression homéostasique de sommeil et de la rythmicité circadienne.Dans la première phase, nous avons évalué l’impact de l’horaire sur la somnolence, le réflexe pupillaire et la sensibilité sensorielle chez des individus en bonne santé générale. Dans la première étude, nous avons confirmé qu’il existe une modulation homéostasique et circadienne de la somnolence et du diamètre pupillaire au repos. Nous avons aussi montré que la taille de la pupille n’est pas un biomarqueur fiable de la somnolence subjective. Dans les études 2 et 3,nous avons constaté une modulation de la sensibilité à la douleur et à la lumière au cours des24 heures. Premièrement, la sensibilité sensorielle augmente linéairement au cours des 34-h de veille prolongée, parallèlement à la dette de sommeil. Deuxièmement, la sensibilité sensorielle présente une rythmicité circadienne, avec un pic de sensibilité au milieu de la nuit (3-4h du matin). Ces résultats montrent que la sensibilité sensorielle est contrôlée par un trouble mécanisme : une composante homéostasique et une composante circadienne.Dans la deuxième phase, nous avons déterminé si la rythmicité de la sensibilité à la lumière et à la douleur thermique est altérée chez des patients migraineux, et si cette modification était liée à une altération du sommeil et/ou du système circadien. Les résultats préliminaires de l’étude 4 ont révélé une rythmicité de la sensibilité à la lumière et à la douleur chez les patients migraineux, avec une sensibilité maximale au milieu de la nuit, analogue à celle des sujets sains.Toutefois, les migraineux présentent une hypersensibilité générale à la douleur thermique et une hyposensibilité générale à la lumière bleue au cours des 24 heures. Ces modifications pourraient provenir d’une régulation atypique de la pression homéostasique du sommeil, mais pourrait également impliquer le système circadien, ainsi que la sensibilité des cellules ganglionnaires à mélanopsine.En résumé, nos résultats dévoilent que la sensibilité à la lumière et à la douleur présentent un erythmicité au cours des 24 heures chez les participants sains ainsi que chez les patients migraineux, et que cette rythmicité est contrôlée à la fois par un processus homéostasique et un processus circadien. Chez les patients migraineux, cependant, le fonctionnement de ces mécanismes régulateurs semble modifié