C'est quoi au juste le sommeil?

• une position typique

• en général en un endroit précis et abrité

• peu de mouvements

• réactions réduites aux stimulis externes

• réversibilité rapide contrairement à l'état d'inconscience ou au coma

L'EEG

Au moyen de l'EEG qui mesure les courants électriques du cerveau on peut déterminer avec certitude l'état de sommeil. Ce ne sont pas des potentiels d'actions qui sont mesurés mais des potentiels du champs. Hans Berger (1873 - 1941), un neurologue et psychiatre de Jena a été le premier à utiliser l'EEG et a publié ses résultats en 1929. Le cerveau n'est donc pas éteint pendant le sommeil mais a une activité différente de celle présente pendant l'éveil. 

La polysomnographie

Pour la recherche en sommeil on utilise la polysomnographie parce que le seul EEG ne suffit pas à déterminer avec certitude les différents stades du sommeil. Pour l'enregistrement et le scoring du sommeil (assigner un stade de sommeil à chaque époque) les standards d'après lesquels la majorité des chercheurs travaillent ont été établis et publiés. D'après ces standards, il faut au minimum une dérivation pour l'EEG (1ère ligne du graphique en haut de la page), une dérivation pour l'électrooculogramme (EOG qui mesure les mouvements des yeux, 2ème ligne du graphique) et une pour l'électromyogramme (EMG qui mesure le tonus musculaire, 3ème ligne du graphique), très souvent on enregistre aussi l'électrocardiogramme (ECG). En clinique du sommeil on enregistre encore d'autres paramètres comme par exemple la respiration ou la saturation du sang par l'oxygène. On peut enregistrer jusqu'à 256 dérivations EEG simultanément. La position des électrodes est déterminée par le système 10-20.

Les stades du sommeil
On distingue le sommeil REM (rapid eye movement) ou paradoxal et le sommeil lent ou non-REM qui est subdivisé en 4 stades de 1 à 4 qui correspondent à une profondeur accrue du sommeil. Le stade 1 est un stade de transition entre l'éveil et le sommeil. Le stade 2 est caractérisé par les complexes K et les fuseaux du sommeil dont il existe 2 sortes: les fuseaux lents et les fuseaux rapides. Comme l'ont démontré Manuel Schabus et Thien Thanh Dang-Vu ces deux sub-types de fuseaux activent des réseaux neuronaux différents. Les stades 3 et 4 réunis constituent le sommeil à ondes lentes (= slow wave sleep, SWS). C'est le sommeil profond. Le sommeil REM est aussi du sommeil profond; il a été découvert en 1953 par Eugen Aserinsky et Nathaniel Kleitman à Chicago. Le sommeil REM est parfois appelé sommeil de rêve ce qui est trompeur puisque des rêves sont rapportés de tous les stades du sommeil.

Les cycles du sommeil
Un épisode de sommeil lent et de sommeil REM forment ensembles un cycle de sommeil qui dure en moyenne 90 minutes. La durée d'un cycle est individuelle, constante et elle est corrélée négativement avec la durée habituelle du sommeil. Au cours d'une nuit normale nous passons par plusieurs cycles de sommeil et pendant la première moitié de la nuit les stades 3 et 4 prédominent alors que pendant la deuxième moitié ce sont les stades de sommeil REM dont la durée des épisodes s'allonge et le stade 2 qui prévalent.

Les états de vigilance

Les états de vigilance éveil, sommeil lent et sommeil REM se différencient non seulement par l'activité électrique cérébrale mesurée par l'EEG mais aussi par l'anatomie fonctionnelle cérébrale représentée par la TEP ou l'IRM. Les états de vigilance sont le résultat de l'activité neuronale spécifique dans les différentes régions du cerveau. Cette activité neuronale s'exprime au niveau de l'électrophysiologie et de la neurochimie. Il y a aussi des points communs entre les états de vigilance comme nous l'avons démontré à l'aide de la distribution topographique de la puissance spectrale EEG et de la réponse à une pression de sommeil accrue. Il y a plus de points communs entre le sommeil REM et le sommeil lent ou l'éveil qu'entre le sommeil lent et l'éveil. Que le sommeil non-REM n'est pas un état uniforme a aussi été montré par une étude utilisant l'IRMf.

Le '2 Process Model'

Le rythme éveil/sommeil est déterminé par deux processus. L'un est un processus homéostatique: l'envie de dormir augmente en parallèle avec le temps d'éveil. Ce processus est représenté par l'activité des ondes lentes (SWS). Plus le temps d'éveil est long et plus cette activité est importante. Autrement dit, plus on est fatigué et plus on dort lentement. Le second processus est un processus circadien (du latin circa dies = à peu près un jour) endogène lié à la température centrale du corps et à la sécrétion de la mélatonine. Ce processus est influencé de façon déterminante par la lumière et il est responsable du jetlag. En cas normal, il engendre un fort besoin de dormir pendant la seconde partie de la nuit et nous dynamise en fin d'après-midi. Ces deux processus interagissent de façon telle que nous restions frais et dispos tout au long de la journée et que nous puissions bien dormir la nuit entière. Le '2 Process Model' décrit la régulation du sommeil en tant que fonction déterminée par l'interaction de ces deux processus. Ce modèle a été conçu par Alexander A. Borbély, un pharmacologue et chercheur en sommeil zurichois, qui l'a présenté la première fois dans une publication en 1982 et qui l'a développé plus tard. Sur le graphique 3 D d'une publication d'accès publique vous pouvez voir la modélisation de la pression du sommeil après un changement des heures de sommeil. 

La fonction du sommeil

Concernant la fonction du sommeil plusieurs hypothèses ont été avancées. Aucune n'explique tous les aspects du sommeil. Probablement, le sommeil ne remplit pas une seule mais plusieurs fonctions. Ce qui est certain, c'est que le sommeil a une importance primordiale sinon nous ne passerions pas un tiers de notre vie à dormir. Le sommeil est très répandu dans l'entièreté du règne animal alors qu'un état à réaction ralentie est potentiellement mortel. Si ses avantages ne surpassaient pas ses coûts il n'aurait pas apparu au cours de l'évolution ou alors il aurait à nouveau disparu.

Pourquoi dormons-nous donc? La réponse simple est pour nous reposer et récupérer. Les chercheurs aimeraient cependant savoir très précisément ce que se reposer et récupérer implique.

Hypothèses

Ci-dessous quelques hypothèses de chercheurs en sommeil concernant sa fonction. Le sommeil servirait à

• remplir les réserves de glycogène

• la régénération physique et à l'économie d'énergie

• la stimulation de structures synaptiques qui n'ont pas été utilisées au cours de la journée pour pouvoir les garder intactes

• dépotentialiser les synapses

• la consolidation mnésique

• l'élimination accrue de métabolites potentiellement neurotoxiques du cerveau par le système glymphatique

Pour des informations concernant la théorie de l'évolution (en anglais)

L'œuvre complète de Charles Darwin

Richard Dawkins Foundation for Reason and Science avec des vidéos

The Science Network avec beaucoup de vidéos concernant les divers sujets scientifiques 

Soit dit en passant: le darwinisme social n'est pas une théorie de Darwin. Darwin a rejeté cette idée.