Quand notre cerveau dort éveillé

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Dissipation d’un type d’ondes lentes chez l’Homme au cours d’une nuit après une privation de sommeil. La cartographie de l’activité cérébrale démontre une augmentation de 1,5-2 Hertz qui est représentée par les couleurs plus chaudes. © Jeffrey Hubbard - CIG, UNIL

Presque toutes les espèces animales connaissent un état de sommeil. Cette phase de repos est cruciale puisqu-elle permet la récupération du temps passé éveillé. Dans une étude publiée dans la revue « Nature Communications », des chercheurs du Centre intégratif de génomique de l’UNIL ont mis en évidence un aspect paradoxal du sommeil lent profond : lorsque nos yeux se ferment et que nous sommes profondément déconnectés de notre monde, certaines parties de notre cerveau demeurent en alerte.

Plus nous repoussons l’heure du coucher, plus notre besoin de dormir ainsi que le temps global passé dans les bras de Morphée augmentent. Une privation continue de sommeil peut, en outre, avoir de fortes répercussions sur l'incidence de nombreuses maladies au sein de la population, comme le diabète de type II ou d’autres syndromes métaboliques. L’équipe du Prof. Paul Franken , au Centre intégratif de génomique de la Faculté de biologie et de médecine de l’Université de Lausanne, s’intéresse tout particulièrement au sommeil lent profond. Ce dernier, a priori le plus réparateur, est caractérisé par un seuil d'éveil élevé, une diminution du traitement des informations et une décharge synchronisée des neurones dans tout le cortex cérébral, qui se manifestent par la production d’ondes cérébrales de basse fréquence et de grande amplitude. Ces ondes dites ’ lentes ’ sont mesurables par électroencéphalographie (EEG).

Dans une nouvelle étude qui vient de paraître dans la revue scientifique Nature Communications, le groupe lausannois, en collaboration avec des chercheurs des universités de Berne et Zurich, démontre un aspect paradoxal, jusqu’alors non élucidé, du sommeil lent profond. Effectués chez la souris et chez des sujets humains sains, leurs travaux révèlent la persistance de signaux physiologiques semblables à ceux observés lors d’un état d'éveil durant cette période de récupération.

Une frontière ténue entre éveil et sommeil

Les premières minutes et heures du sommeil lent profond sont marquées par des ondes cérébrales lentes (< 4,5 Hertz), dotées d’une grande amplitude, ainsi que d’une capacité réduite à se réveiller facilement. Plus précisément, une personne réveillée durant cette période sera probablement confuse et mal adaptée à son environnement local, car les entrées sensorielles du monde extérieur ont été largement émoussées par une structure cérébrale appelée le thalamus.

Lorsqu’une personne est exposée à une privation de sommeil, par exemple en cas de nuit blanche, ces caractéristiques du sommeil lent profond sont encore accentuées. L'hypothèse dominante est que cette phase de repos est nécessaire pour le cerveau et se traduit par conséquent par un état physiologique ’ plus calme ’, avec un tonus musculaire et une fréquence cardiaque diminués, une température et un métabolisme cérébraux réduits, ainsi qu’une décharge synchronisée des neurones.

Dans le cadre de leurs investigations, les auteurs de l’étude ont toutefois été confrontés à un paradoxe surprenant. ’ Nous avons constaté que chez les souris soumises à un éveil prolongé ou privées de sommeil, cette phase initiale du sommeil lent profond continue à présenter des signatures très visibles d'éveil, liées notamment à la dissipation des ondes de basse fréquence - entre 2,5 et 3,5 Hertz - dans le cortex murin ’, relate le DrSc. Jeffrey Hubbard, postdoctorant dans l’équipe du Prof. Franken et premier auteur de l’article publié dans Nature Communications. ’ Or, nous avons démontré que cette sous-population d’ondes lentes est fortement impliquée dans le processus qui facilite la transition entre un état actif (l’éveil) et inactif (le sommeil). ’ En collaboration avec le groupe de recherche du Prof. Antoine Adamantidis de l'Université de Berne, l’équipe lausannoise est parvenue à isoler une structure cérébrale - les noyaux centro-médians du thalamus - responsable de la génération de ces ondes spécifiques.

L'inertie d'un éveil prolongé

Les souris possèdent de nombreuses similitudes structurelles et physiologiques avec les humains, notamment l'activité à basse fréquence produite par leur cerveau pendant le sommeil lent profond. En observant le sommeil et le réveil chez ces souris, les auteurs ont découvert que, suite à une privation de sommeil, les marqueurs physiologiques comme la température cérébrale et le tonus musculaire restaient élevés, à des niveaux quasi équivalents à ceux d'un état de veille. Suite à l'identification de ces traces d’éveil du sommeil profond chez la souris, les scientifiques ont mis en évidence, en collaboration avec le Prof. Hans-Peter Landolt de l’Université de Zurich, des phénomènes similaires chez l’Homme. Ils ont constaté chez ce dernier une augmentation de la fréquence cardiaque et la présence d'une activité cérébrale à fréquence plus élevée pendant la phase-clé de récupération après une nuit blanche.

Un ’ anesthésique ’ cérébral

Ces empreintes physiologiques, qui apparaissent lors de la première partie du sommeil et qui sont exacerbées par un éveil prolongé, sous-tendent un phénomène qui pourrait servir à protéger le cerveau d'un passage trop rapide d'un état actif à un état de repos, comme le suggère le Prof. Paul Franken, directeur de l’étude : ’ Ces ondes spécifiques pourraient servir d’’ anesthésique ’ visant à faciliter la transition éveil-repos. Ce phénomène est observable chez les personnes souffrant de somnambulisme ; les zones frontales de leur cerveau, responsables des fonctions exécutives telles que l'inhibition et la mémoire de travail, ont une activité fortement réduite, alors que leurs fonctions motrices demeurent actives. En d’autres termes, on est face à un cerveau à la fois endormi et éveillé! ’

Et le DrSc. Jeffrey Hubbard de conclure : ’ Avant, nous partions du principe que les ondes lentes du cerveau qui sont produites durant le sommeil sont toutes égales. Les résultats de notre étude remettent en cause cette notion et indiquent qu'il existe une sous-population d’ondes qui joue un rôle différent lorsque nous passons à un état de récupération. ’