Que se passe-t-il dans notre cerveau pendant le sommeil ? 

Il existe peu d’ex­pé­riences plus uni­fi­ca­trices que le som­meil : tous les êtres humains dorment. De plus, per­sonne n’a jamais, déli­bé­ré­ment ou acci­den­tel­le­ment, réa­li­sé une expé­rience dans laquelle une sou­ris n’avait plus besoin de som­meil. Pour­tant, si le som­meil place les ani­maux dans un état de vul­né­ra­bi­li­té extrême – pen­dant leur som­meil, ils peuvent être atta­qués, bles­sés ou man­gés – l’évolution n’a pas cor­ri­gé cette fai­blesse, sug­gé­rant que le som­meil est essen­tiel à la sur­vie. Les cher­cheurs s’interrogent encore : à quoi sert-il réellement ?

Cet article a été publié dans notre maga­zine Le 3,14 sur le som­meil.
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VRAI – Le sommeil aiderait le cerveau à se débarrasser de ses toxines.

Il n’existe pas de consen­sus clair sur les rai­sons pour les­quelles nous avons besoin de dor­mir. Mais une hypo­thèse, pré­sen­tée dans un article publié dans Science en 2013, sou­tient que le som­meil aide le cer­veau à se débar­ras­ser de ses toxines.

Le sys­tème lym­pha­tique net­toie cer­tains organes comme le cœur et le foie, mais les cher­cheurs n’ont jamais trou­vé de pro­ces­sus équi­valent dans le cer­veau. En 2013, Mai­ken Neder­gaard et ses col­lègues de l’U­ni­ver­si­té de Roches­ter ont pro­po­sé l’exis­tence du sys­tème glym­pha­tique, un pro­ces­sus par lequel le liquide cépha­lo­ra­chi­dien (LCR) pénètre dans le cer­veau pour en éli­mi­ner les toxines nocives. Ils ont notam­ment consta­té que ce pro­ces­sus s’am­pli­fiait pen­dant le som­meil non-paradoxal.

Cette hypo­thèse repose sur un dis­po­si­tif expé­ri­men­tal sophis­ti­qué. Un colo­rant fluo­res­cent injec­té dans la grande citerne (cis­ter­na magna) d’une sou­ris, une zone située à l’ex­té­rieur du cer­veau où se trouve le LCR, leur a per­mis de suivre les molé­cules de colo­rant à mesure qu’elles péné­traient dans le cer­veau. Leurs obser­va­tions sug­gèrent que le LCR s’é­coule comme une rivière dans un flux convec­tif entraî­né par les pul­sa­tions des artères.

Ce tra­vail impor­tant est deve­nu abon­dam­ment cité dans les revues scien­ti­fiques, mais n’a jamais été vrai­ment remis en ques­tion, en par­tie parce que l’approche expé­ri­men­tale est dif­fi­cile à reproduire.

FAUX – Le cerveau ne se nettoierait pas aussi efficacement la nuit que le jour.

Notre récente étude expé­ri­men­tale, publiée dans Nature Neu­ros­cience¹, sug­gère que le cer­veau ne se net­toie pas aus­si effi­ca­ce­ment la nuit que le jour. Comme Neder­gaard et ses col­lègues, nous avons injec­té une molé­cule fluo­res­cente dans le cer­veau d’une sou­ris. Mais cette fois, elle a été envoyée au centre du cer­veau, dans le noyau cau­dé et le puta­men, et sui­vie au fur et à mesure qu’elle se répan­dait dans le cerveau.

En com­pa­rant nos obser­va­tions à un modèle mathé­ma­tique éta­bli par le co-auteur de l’ar­ticle, le pro­fes­seur Nick Franks, nous avons consta­té que le colo­rant se dépla­çait vers le cor­tex fron­tal à une vitesse com­pa­tible avec une simple dif­fu­sion. Il est impor­tant de noter que nous n’a­vons trou­vé aucune preuve d’un flux convec­tif dans le cer­veau et que cela n’a pas chan­gé en fonc­tion de l’é­tat de vigi­lance de la sou­ris (nous avons étu­dié des sou­ris éveillées, endor­mies ou anes­thé­siées avec 200 μg par kg de dex­me­de­to­mi­dine, une molé­cule qui induit un som­meil arti­fi­ciel de type non-REM).

Cela signi­fie-t-il que l’ar­ticle de Neder­gaard et ses col­lègues était erro­né ? Nous pen­sons que leurs obser­va­tions étaient cor­rectes, mais nous ne sommes pas d’ac­cord avec leur inter­pré­ta­tion. Il existe des méca­nismes de la boîte noire qui éli­minent les méta­bo­lites du cer­veau – nous ne savons pas com­ment ils fonc­tionnent, mais nous savons qu’ils existent. Nos obser­va­tions sug­gèrent que ces méca­nismes d’é­li­mi­na­tion fonc­tionnent plus inten­sé­ment pen­dant la jour­née, ce qui laisse sup­po­ser que le cer­veau se net­toie moins pen­dant le som­meil et l’anes­thé­sie. Cela expli­que­rait pour­quoi Neder­gaard a vu des vagues de colo­rant plus brillantes chez les sou­ris endor­mies : le cer­veau n’é­va­cuait pas le colorant.

Dans une cer­taine mesure, c’est logique. Pen­dant les heures d’é­veil, le cer­veau tra­vaille plus inten­sé­ment, il ne serait donc pas cohé­rent que le net­toyage soit retar­dé jus­qu’à l’en­dor­mis­se­ment. Mais cela signi­fie qu’on ne peut pas expli­quer le som­meil par le net­toyage du cerveau.

INTÉRESSANT – D’autres mécanismes pourraient être en jeu pendant le sommeil.

Il est bien éta­bli, par exemple, qu’une pri­va­tion aiguë de som­meil aug­mente les taux d’a­my­loïde et de tau, deux pro­téines liées à la mala­die d’Alz­hei­mer et à la démence. Un mau­vais som­meil pour­rait se tra­duire par une moins bonne éli­mi­na­tion de ces pro­téines ou par une plus grande accu­mu­la­tion des pro­téines res­tantes en plaques. 

VRAI – Le cerveau mesure la durée d’éveil et le temps de sommeil nécessaire pour récupérer.

Ce pro­ces­sus, appe­lé homéo­sta­sie du som­meil, est assez bien docu­men­té. Les sou­ris font très fré­quem­ment la sieste, mais si vous pla­cez un nou­vel objet dans leur enclos, comme une brique Lego colo­rée, elles seront tel­le­ment inté­res­sées qu’elles repor­te­ront leur som­meil jus­qu’à ce que, comme nous, elles s’ef­fondrent. Elles entre­ront alors dans un som­meil plus long, plus pro­fond et réparateur.

Nous savons dans une cer­taine mesure com­ment ce pro­ces­sus se pro­duit grâce à l’ac­ti­va­tion de cer­tains neu­rones dans la base du cer­veau et dans le cor­tex, qui aident à suivre ce défi­cit. Nous avons mon­tré² qu’en éli­mi­nant ces neu­rones, les sou­ris ne rat­trapent plus le som­meil per­du après la privation.

FAUX – Nous ne savons toujours pas exactement comment cela fonctionne. 

Mais bien sûr, ce n’est pas aus­si simple. Les neu­rones n’a­gissent pas seuls. Nous avons affaire à un mélange de molé­cules orga­niques qui inter­agissent avec le manque de sommeil.

L’une de ces molé­cules est l’in­ter­leu­kine 6 (IL‑6), une pro­téine inflam­ma­toire et un som­no­gène connu. Vous en res­sen­ti­rez les effets si vous avez fait une longue marche ou une jour­née de vélo : les muscles impor­tants libèrent de l’IL‑6 lors d’un exer­cice sou­te­nu. Lorsqu’elle atteint le cer­veau, elle lui indique qu’il faut dor­mir. Nous savons, par exemple, que la pré­sence d’IL‑6 aug­mente en réponse à la perte de som­meil³.

Une autre molé­cule de ce type est la fameuse adé­no­sine, qui est celle qui demeure après l’épuisement de la molé­cule éner­gé­tique adé­no­sine tri­phos­phate. Les cher­cheurs ont consta­té que l’adénosine s’accumule au cours de la jour­née et qu’elle exerce une pres­sion sur le som­meil⁴. Les niveaux aug­mentent éga­le­ment dans cer­taines régions du cer­veau après une pri­va­tion de som­meil, de sorte que le niveau d’adénosine pour­rait par­tiel­le­ment évo­luer en fonc­tion du besoin de som­meil. Tou­te­fois, il est pro­bable que d’autres molé­cules entrent en jeu, mais nous ne le savons pas encore.

INTÉRESSANT – Comprendre ces processus biologiques permettra de mieux comprendre le sommeil.

Il est pos­sible qu’en com­pre­nant mieux com­ment le cer­veau mesure les besoins en som­meil, nous pour­rons mieux com­prendre son effet régé­né­ra­teur sur le corps. L’une des ques­tions les plus inté­res­santes est de savoir si le som­meil est des­ti­né au cer­veau, au corps ou aux deux. Mon hypo­thèse per­son­nelle est que le som­meil peut contri­buer à pro­té­ger le cœur, mais c’est loin d’être une hypo­thèse consensuelle.

VRAI – Certains médicaments semblent favoriser un état de sommeil profond.

Des recherches inté­res­santes sont menées dans le domaine du som­meil sur une classe de médi­ca­ments appe­lés ago­nistes alpha‑2 adr­éner­giques. L’un d’entre eux, la dex­me­de­to­mi­dine, est désor­mais uti­li­sé aux États-Unis – et de plus en plus en Europe – pour induire un état de séda­tion éveillable chez les patients des ser­vices de soins intensifs.

La plu­part des anes­thé­siques géné­raux, comme le pro­po­fol ou l’i­so­flu­rane, empêchent les neu­rones de com­mu­ni­quer entre eux dans tout le cer­veau, afin d’in­duire un état d’anes­thé­sie géné­rale qui ne res­semble pas au som­meil. En revanche, la dex­mé­dé­to­mi­dine semble induire un état bio­mi­mé­tique de som­meil profond.

De manière éton­nante, des tra­vaux récents⁵ sur l’homme ont mon­tré que des volon­taires pri­vés de som­meil et trai­tés avec de la dex­mé­dé­to­mi­dine peuvent par­tiel­le­ment rem­pla­cer le som­meil per­du. Ceci est cohé­rent avec d’autres résul­tats – des scien­ti­fiques de Saint-Louis et de Bos­ton ont mon­tré⁶ que les ondes céré­brales des volon­taires sous dex­mé­dé­to­mi­dine res­sem­blaient à celles pen­dant le som­meil non-para­doxal. Nos tra­vaux ont éga­le­ment mon­tré⁷ que la dex­mé­dé­to­mi­dine inter­agit avec les neu­rones impli­qués dans ce sys­tème d’ho­méo­sta­sie du sommeil.

FAUX – Certains somnifères peuvent vous endormir, mais il n’est pas certain que ce sommeil soit réparateur.

Ambien (Zol­pi­dem), par exemple, est un très bon som­ni­fère qui induit un som­meil non-para­doxal et réduit le temps néces­saire pour s’en­dor­mir. Mais il n’est pas cer­tain que le fait de dor­mir avec Ambien puisse res­tau­rer le sommeil.

INTÉRESSANT – La dexmédétomidine ne peut pas être utilisée comme médicament à domicile.

Ce médi­ca­ment se lie aux récep­teurs pré­sents dans le cœur et sur les vais­seaux san­guins, ce qui entraîne une com­pli­ca­tion impor­tante : le rythme car­diaque s’ac­cé­lère et vous avez très froid. Il ne peut être uti­li­sé que sous la sur­veillance d’un anesthésiste.

Cepen­dant, nos tra­vaux et ceux d’autres cher­cheurs sug­gèrent que nous pour­rions modi­fier le médi­ca­ment pour déve­lop­per un meilleur som­ni­fère à l’a­ve­nir. Cela pour­rait éga­le­ment nous aider à mieux com­prendre les méca­nismes qui inter­viennent dans le som­meil réparateur.

Marianne Guenot