Le sommeil, un prix à payer pour la plasticité de notre cerveau ?

Publié par Adrien le 15/03/2021 à 09:00
Source: ASP
À 75 ans, un humain a dormi environ 25 années ! Ce n'est quand même pas rien de passer 8 heures par jours sur le dos, presqu'immobile, à dormir et à rêver. Pourquoi le sommeil semble-t-il si essentiel ? Dans un article publié en 2008 dans la revue Plos Biology, Chiara Cirelli et Giulio Tononi se demandaient si ce ne n'était pas une sorte d'état pas défaut dans lequel les animaux tomberaient lorsqu'ils n'ont pas de besoins immédiats comme manger ou se reproduire. Et peut-être aussi bien sûr pour reposer un peu leur corps et leur cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...). Mais cette hypothèse de départ ne tient pas la route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie...) bien longtemps à mesure que sont explorées différentes caractéristiques du sommeil (Le sommeil est un état naturel récurrent de perte de conscience (mais sans perte de la...) dans l'article. Voici un bref résumé avant de dire deux mots sur la "synaptic homeostasis hypothesis" présentée par la suite par ces auteurs comme rôle fondamental du sommeil.

D'abord, tous les animaux ont quelque chose dans leur cycle quotidien qui ressemble à du sommeil, du petit vers nématode aux mammifères, en passant par la mouche (Mouche est un nom vernaculaire ambigu en français. Le terme mouche (/muʃ/) provient du...) drosophile (La drosophile (du grec drosos : la rosée et philos : qui aime) est un insecte...), l'abeille (Abeille est un nom vernaculaire ambigu désignant en français certains insectes...), les mollusques ou les poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18...). Chez les mammifères, ce sont les espèces considérées comme des proies qui dorment le moins longtemps. Mais même celles qui dorment le moins, comme la girafe (La girafe (Giraffa camelopardalis) est une espèce de mammifère ongulé artiodactyle...) par exemple, un 2 heures de sommeil quotidien leur est quand même nécessaire. Aucune espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) ne semble donc échapper à ce besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de dormir, ce qui pointe vers un rôle plus important qu'un simple repos quand il n'y a rien d'autre à faire.

Ensuite, une autre manière d'évaluer le caractère essentiel du sommeil est de regarder les conséquences de son absence ou de son manque. Dans les années '80 et '90, des expériences pas très gentilles chez les rats ont montré que la privation totale de sommeil entraîne la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...) au bout d'un mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) environ. Les animaux privés de sommeil s'alimentaient davantage mais leur température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) corporelle baissait. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) trahit un sérieux dérèglement du métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques...). Chez l'humain, on sait à quel point (Graphie) les troubles du sommeil peuvent avoir toutes sortes d'effets néfastes.

Quand on ne dort pas assez, c'est d'abord la vigilance (Son attention prend un aspect d'intensité pour solliciter l'ensemble de ses capacités de...), la concentration et la capacité de réfléchir qui sont diminuées. On observe ensuite un ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée...) des réflexes, des troubles de la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...), de la fatigue musculaire, des sautes d'humeur, voire de l'agressivité (L'agressivité est une modalité du comportement des êtres vivants et...) et de la difficulté à se situer dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) ou l'espace. Et quand on en manque vraiment beaucoup, ça peut aller jusqu'à des hallucinations. En fait, le manque de sommeil serait la cause cachée de la majorité des "erreurs humaines" qui provoquent des accidents. Et manquer de sommeil sur le long terme peut être encore plus grave. Le manque de sommeil perturbe des mécanismes régulateurs qui se mettent normalement en branle durant la nuit, de sorte qu'il favoriserait des problèmes de santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) chroniques comme l'obésité (L'obésité est l'état d'une personne, ou d'un animal, souffrant d'une hypertrophie de...), le diabète (Le diabète présente plusieurs formes, qui ont toutes en commun des urines abondantes...) ou l'hypertension.

Un autre indice qui porte à penser que le sommeil joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un ou des rôles essentiels est le phénomène de rebond compensatoire que l'on observe après une privation de sommeil. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le monde (Le mot monde peut désigner :) sait par exemple que le lendemain d'une nuit blanche, on va avoir tendance à dormir beaucoup plus longtemps que notre durée habituelle. Et c'est particulièrement vrai pour ce qu'on appelle le sommeil profond (ou sommeil lent), le plus réparateur de nos sommeils. Il y a aussi le sommeil paradoxal (Le sommeil paradoxal fait suite au sommeil lent ("sommeil à ondes lentes" désignant les...), celui où notre cerveau démontre une forte activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) et où l'on fait nos rêves les plus complexes et fantaisistes.

Si l'on prive des gens uniquement de sommeil paradoxal en les réveillant dès que l'on voit sur leur électroencéphalogramme que leur cerveau entre dans cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...), que va-t-on observer ? Étonnamment, après deux semaines de ce traitement, durant lesquelles le sujet n'a pratiquement pas eu de sommeil paradoxal, on note peu ou pas d'effet néfaste sur son comportement. Mais durant les nuits suivant la fin de l'expérience, on observe une durée de sommeil paradoxal très supérieure à la normale, comme si le cerveau avait besoin de récupérer ce temps de sommeil paradoxal perdu. Encore une fois, des choses indispensables semblent se dérouler durant la nuit pour qu'on cherche ainsi à les récupérer par la suite.

Or dans une étude publiée en 2009, Giorgio Gilestro ainsi que Cirelli et Tononi se sont intéressés à la façon dont l'éveil et le sommeil affectent les connexions nerveuses entre les neurones, les synapses, chez la mouche drosophile. Ils ont constaté que les niveaux de protéines des composants clés des synapses de leur cerveau étaient élevés après le réveil et faibles après le sommeil. Ces changements étaient liés à ce qu'on identifie à du sommeil chez la drosophile, et non à l'heure (L'heure est une unité de mesure  :) de la journée. La diminution des marqueurs synaptiques pendant le sommeil se faisait également de manière progressive durant le sommeil, et celui-ci était nécessaire à leur déclin. Ils en concluaient que le sommeil semblait participer à une certaine "restauration synaptique" altérée par les activités durant l'éveil de la mouche.

C'est ainsi que durant les années qui ont suivi, Cirelli et Tononi ont élaboré leur "synaptic homeostasis hypothesis" en la présentant par exemple dans la revue Neuron en 2014 sous le titre "Sleep and the Price of Plasticity: From Synaptic and Cellular Homeostasis to Memory Consolidation and Integration”. Pour le dire vite, l'hypothèse de l'homéostasie synaptique propose que le sommeil est ni plus ni moins que le prix payé par notre cerveau pour sa plasticité, sa capacité d'apprendre. Durant la journée, les apprentissages que fait tout animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un...) nécessite le renforcement de certaines synapses. Mais cette augmentation de l'efficacité synaptique à différents endroits dans le cerveau a des coûts énergétiques accrus et surtout une saturation des capacités d'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus...) due à une baisse de sélectivité des synapses à renforcer.

D'où leur proposition que le sommeil diminuerait le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) de ces phénomènes de plasticité dans nos neurones en "renormalisant" à la baisse la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de nos synapses à chaque nuit. Ils ont ainsi estimé que la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du bout de l'axone (Un axone ou fibre nerveuse est le prolongement long, mince et cylindrique d'un neurone qui conduit...) et de l'épine dendritique qui se font face (et qui forment la synapse) augmenterait d'environ 20% durant le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...). Et l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) se produirait durant la nuit, c'est-à-dire une diminution d'environ 20% de la surface synaptique chez pratiquement toutes nos synapses. Peut-être pas celles renforcées la veille et qui correspondent à un apprentissage ayant une valeur importante pour nous, mais du moins de l'immense majorité des autres, correspondants à tous les détails non nécessaires encodés par notre cerveau durant une journée. De sorte qu'après une bonne nuit de sommeil, le sentiment de "reset" que l'on ressent parfois en se levant pourrait être pas seulement une impression, mais quelque chose de bien réel qui s'est passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) durant la nuit dans nos synapses !
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