Comment étudie-t-on le sommeil?

On étudie le sommeil des animaux et des humains. Ici, vous apprendrez comment on étudie le sommeil humain puisque c'est mon domaine.

Il y a de multiples méthodes pour étudier le sommeil. La méthode de choix dépend de la question à étudier. En général, plusieurs méthodes sont combinées.

 

Questionnaire
On peut s'enquérir des habitudes, de la durée habituelle du sommeil, de la fatigue des sujets à l'aide de questionnaires. En général, on s'intéresse aussi à la santé, à la consommation de médicaments, de substances stimulantes comme le café, le thé noir ou vert, le cacao, les colas et les energy drinks, d'alcool et d'autres drogues parce qu'elles influencent toutes le sommeil, l'aptitude à l'apprentissage et la performance.

Pour chaque étude scientifique, il y a des critères d'inclusion et d'exclusion. Le sommeil change par exemple au cours d'une vie donc on se restreindra peut-être à une catégorie d'âge à moins que nous voulions justement étudier l'évolution du sommeil au cours du vieillissement.

 

Actigraphie
Si nous sommes intéressés aux heures du coucher et du lever et de la durée du sommeil nous utilisons l'actigraphie. L'actimètre est un petit appareil de la grandeur d'une montre qui se porte comme une montre au poignet du bras non-dominant et qui enregistre l'activité de la personne qui le porte. A l'aide de l'activité enregistrée on peut voir de quand à quand une personne a dormi ou a été éveillée. Afin que chaque sujet qui participe à une expérience arrive reposé au laboratoire nous leur demandons de suivre un rythme éveil/sommeil régulier la semaine précédant l'expérience ce que nous contrôlons à l'aide de l'actigraphie.

Ce graphique montre l'extrait d'un actogramme. Deux nuits et jours sont montrés côte à côte. Ainsi il y a 4 jours et 3 nuits sur cet extrait. Vous voyez que cette personne n'a presqu'aucune activité entre 00:00 et 08:00: elle dort. Le mercredi soir entre 19:00 et 21:15, il n'y a rien du tout: la personne a ôté son actimètre. Le jeudi soir, il y a beaucoup d'activité de 20:00 à 21:15 puis rien du tout: d'abord du sport ensuite la douche.

 

Polysomnographie
Au moyen de la polysomnographie, c. à d. des enregistrements de l'EEG-, EOG- et EMG (voir aussi C'est quoi au juste le sommeil?) nous pouvons étudier le sommeil et cela en détails. A cette fin, les sujets viennent au laboratoire du sommeil où les chambres à coucher sont équipées adéquatement. On y trouve non seulement les installations techniques requises mais de plus les chambres n'ont pas de fenêtre de façon à ce qu'aucune lumière ne puisse y pénétrer et elles sont isolées contre tout ce qui pourrait déranger le sommeil comme le bruit, les changements de température ou les chocs. Il va de soi qu'aucun téléphone mobile, réveil ou montre n'y sont autorisés. Les chercheurs éteignent la lumière le soir quand les sujets doivent dormir et l'allume le matin lorsqu'il est temps de se lever. Avant que le sujet puisse aller se coucher, nous lui collons des électrodes sur la tête pour enregistrer les courants électriques de son cerveau. Les électrodes sont de petites plaques métalliques bombées que l'on colle sur le cuir chevelu à l'aide d'une pâte conductrice et qui sont reliées à l'enregistreur avec de fins câbles. Les sujets peuvent bouger et se tourner librement dans le lit et donc dormir sans être gênés.

 

Scoring
Lorsque la nuit s'est passée sans problème nous avons les données enregistrées le matin et le travail commence. On commence par le scoring, c. à d. on détermine le stade de sommeil pour chaque époque de 20 ou 30 secondes de la nuit. Cela permet d'élaborer un profil de sommeil qui nous renseigne quant à la suite et la durée des différents stades du sommeil. Vous trouvez un tel profil sur le graphique 2 B d'une publication d'accès publique. Avec un profil de sommeil nous savons si le dormeur a un sommeil normal ou s'il a été éveillé trop longtemps ou trop souvent car pour une expérience scientifique il est indispensable que les sujets ait un bon sommeil sauf si nous voulons étudier un trouble déterminé. Cela veut aussi dire que chaque sujet passe une nuit au laboratoire avant que nous sachions s'il peut participer à une expérience. Chaque expérience de sommeil dure au minimum 3 nuits dont une nuit d'adaptation puisque l'on dort moins bien la première nuit dans un environnement qui ne nous est pas familier, puis une nuit de base qui sert comme base de comparaison et une ou plusieurs nuits expérimentales. Parfois les sujets doivent rester éveillés toute une nuit voire plus longtemps. Dans ce cas, la nuit suivante (ou plusieurs) est une nuit de récupération.

 

L'analyse spectrale
Les données EEG sont aussi traitées par calcul par exemple avec une transformation de Fast-Fourier et par la statistique pour pouvoir très précisément montrer des effets mêmes infimes de l'expérience mise en place. D'abord, on détermine la contribution des différentes longueurs d'ondes au signal EEG pour chaque époque de 4 secondes d'une nuit pour le cas où nous voulons une résolution de ¼ Hz. Ce procédé s'appelle analyse spectrale. Les différentes bandes de fréquence ont un tracé spécifique au cours de la nuit. L'activité des ondes lentes (=SWA, activité des fréquences entre 0.75 Hz et 4.75 Hz) est importante en début de nuit et décline dans le courant de la nuit. Cette activité fluctue cependant; elle augmente et décline en fonction des stades de sommeil comme on peut le voir sur le graphique 3 C de ma publication. L'activité des ondes lentes est importante pendant les stades 3 et 4 et faible pendant le sommeil REM. Elle correspond au 'Process S' du '2 Process Model' et représente la cote de la pression du sommeil, c. à d. pendant une nuit de récupération elle est plus élevée que pendant une nuit de base alors qu'elle est plus basse après une sieste. L'activité de la fréquence des fuseaux du sommeil (11.75 Hz – 15.5 Hz) augmente au cours d'une nuit en parallèle avec le stade 2. Les fuseaux du sommeil et les complexes K sont les signes caractéristiques de ce stade.

 

Imagerie cérébrale: la TEP et l'IRM
Parfois on fait dormir les sujets dans un tomographe à émission de positons (TEP) ou dans un scanner à résonnance magnétique (IRM).
Dans le chapitre 2 de la thèse de doctorat de Thien Thanh Dang-Vu vous trouverez une description (en anglais) et des images de la TEP (page 116, PET) et de l'IRM (page 118, fMRI). Ces techniques d'imagerie permettent d'étudier d'autres aspects de l'activité cérébrale que l'EEG. La résolution spatiale est plus grande, c. à d. on voit dans quelle région du cerveau l'activité a augmenté ou baissé. Ces images sont toujours co-registrées avec l'EEG. La contribution la plus importante dans ce domaine et la plus intéressante à ce jour a été faite par le neurologue Pierre Maquet et le psychologue Philippe Peigneux au Centre de Recherches du Cyclotron de l'Université de Liège. Leur sujet de prédilection est le sommeil et l'apprentissage.

 

Et importantissime...
Les chercheurs en sommeil comme tous les chercheurs passent beaucoup de temps à écrire des requêtes pour recevoir des fonds. Peu de chercheurs ont un emploi fixe. Tous les autres doivent faire des demandes d'argent pour leur subsistance et leurs projets au Fond National Suisse,  à une fondation ou ailleurs. Pour cela, il faut remplir certaines conditions, par exemple il faut avoir un emploi fixe pour pouvoir solliciter certains fonds ou l'on ne doit pas dépasser un certain âge (en général 33-35 ans), le projet ne doit pas être risqué c. à d. il vaut mieux savoir quels résultats en ressortiront ou il faut déjà avoir une place en recherche fixe pour après et il faut avoir effectué de bon projets. Pour pouvoir effectuer de bon projets on a besoin de fonds que l'on doit solliciter...
 

Université de Zurich