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Pourquoi dormons-nous ?

Point de vue

Pourquoi dormons-nous ?

29.10.2015, par
Médaille d’or du CNRS en 1989 pour ses travaux sur le sommeil et la découverte du sommeil paradoxal, Michel Jouvet est décédé le 3 octobre 2017. Trois décennies après ses recherches fondatrices, le sommeil n’a pas encore livré tous ses secrets, comme nous l’expliquait le biologiste Paul-Antoine Libourel.

Pourquoi dormir ? Cet état d’inactivité entre en compétition directe avec le temps alloué par les animaux à la recherche de nourriture et de partenaires. Si cette période de vulnérabilité n’était pas utile à la survie des espèces, la sélection naturelle l’aurait certainement éliminée. Le sommeil doit donc avoir un rôle bien défini. Mais, malgré des dizaines d’années de recherche dans le domaine, pas de réponse unanime. Des travaux récents ont certes montré le rôle du sommeil chez les mammifères terrestres et les oiseaux dans la consolidation de la mémoire, la gestion des émotions, la synthèse de molécules métaboliques ou encore dans l’optimisation du système immunitaire. Mais pourquoi ces activités ne se feraient-elles pas uniquement pendant l’état éveillé ? Alors, prenons le problème à l’envers : et si le sommeil n’avait pas de fonction unique ? Et s’il avait plutôt été utilisé par l’évolution afin de mettre en place différents mécanismes propres à certaines espèces ?

Définir le sommeil, une tâche ardue

Pour comprendre, il devient nécessaire de savoir si toutes les espèces dorment et si les mécanismes de leur sommeil ont été conservés au cours de l’évolution. Encore faut-il s’accorder sur ce qu’est le sommeil… Une définition « comportementale », c’est-à-dire fondée sur de simples observations, a été proposée au début du XXe siècle : le sommeil est une inactivité comportementale, dans un lieu et une position spécifique. Cet état est réversible à la suite d’une stimulation importante et le seuil de réveil doit être plus grand que lors d’un simple repos. Par ailleurs, une privation de cet état doit entraîner une période de récupération. Sur cette base, il semblerait que tous les animaux – incluant les insectes, les scorpions et les araignées – dorment, même si certaines exceptions ont été rapportées.

 

Koala endormi
Ce koala assoupi semble vulnérable aux prédateurs... À quoi lui sert-il de dormir ? Et si le sommeil avait été utilisé par l’évolution afin de mettre en place différents mécanismes ?
Koala endormi
Ce koala assoupi semble vulnérable aux prédateurs... À quoi lui sert-il de dormir ? Et si le sommeil avait été utilisé par l’évolution afin de mettre en place différents mécanismes ?

Il semblerait que
tous les animaux –
incluant les
insectes, scorpions
et araignées –
dorment, même
si des exceptions
ont été rapportées.

Mais l’affaire s’est compliquée avec l’avènement de l’enregistrement de l’activité cérébrale, apportant une définition supplémentaire : la définition électrophysiologique. Dans les années 1950, un groupe de chercheurs américains, suivi d’un chercheur lyonnais, a ainsi montré qu’il existait deux états de sommeil chez l’humain et le chat. Le premier, caractérisé par une activité cérébrale de grande amplitude et de basse fréquence, est appelé sommeil lentFermerChez l’humain, il comprend notamment le sommeil lent léger et le sommeil lent profond.. Et le second, défini par une activité cérébrale ressemblant à celle de l’éveil, est associé à un relâchement musculaire complet. Pendant ce sommeil, dit actif, des mouvements rapides des yeux et des extrémités des membres apparaissent. Il a été appelé sommeil paradoxal par Michel Jouvet en France et REM sleep (Rapid Eye Movement sleep) par les Américains. C’est à ce dernier type de sommeil que seraient associés les rêves.

Les mammifères terrestres et les oiseaux (tétrapodes à sang chaud ou homéothermes) disposent de ces deux états de sommeil du point de vue électrophysiologique. Mais qu’en est-il des reptiles et des amphibiens (tétrapodes à « sang-froid » ou ectothermes) ? Pour tenter de répondre, j'ai récemment réalisé en collaboration avec Anthony Herrel, du Muséum national d’histoire naturelle, la toute première synthèse de l'ensemble des travaux scientifiques qui ont traité jusque-là du sommeil chez ces animaux1. Fondée sur des travaux principalement réalisés dans les années 1970, notre revue a permis de confirmer que reptiles et amphibiens dorment effectivement, au sens de la définition « comportementale ». Tandis que, du côté de la définition électrophysiologique, on ne sait rien ou presque, faute de mesures pertinentes. On observe tout de même que les reptiles ont des mouvements des yeux et des pattes pendant leur sommeil, sans disposer de preuve que ces mouvements sont associés à un état de micro-éveil ou bien à un état de sommeil dit actif (ou paradoxal). Mais l’absence de preuve ne suffit pas pour conclure. Et on ignore donc toujours si les serpents « rêvent »…

Les amphibiens et les reptiles, des modèles de choix

Pour savoir si ces animaux ont une phase de sommeil active (ou du moins un sommeil paradoxal précurseur), il faudrait disposer de plus de données sur leur activité cérébrale. Or reptiles et amphibiens ne possèdent pas de néocortex. Ils ont une organisation cérébrale très différente de celle des mammifères et qui ne permet certainement pas de générer les mêmes signatures cérébrales. Il faut donc les étudier de manière plus approfondie. Dans cette optique, j’ai débuté au sein de l’équipe « SLEEP » du CRNL2 et en collaboration avec Anthony Herrel, une étude comparative en étudiant le sommeil chez une espèce de lézard. Nous avons choisi le tégu argentin (Tupinambis merianae), car son comportement complexe semble propice à l’existence de sommeil actif, si tant est qu’il existe chez les reptiles. Aucune cartographie n’étant disponible pour savoir où placer les électrodes et enregistrer l’activité cérébrale chez cette espèce, nous avons commencé par réaliser des images, avec une IRM et un scanner haute définition, du crâne et du cerveau de ce lézard.
 

Reconstruction 3D du crâne d'un tégu argentin.
Reconstruction en 3D du crâne (en jaune), du cerveau (en rouge) et de l’enveloppe externe (en vert) d'un lézard (le tégu argentin, Tupinambis merianae). Réalisée avec une IRM et un scanner haute définition.
Reconstruction 3D du crâne d'un tégu argentin.
Reconstruction en 3D du crâne (en jaune), du cerveau (en rouge) et de l’enveloppe externe (en vert) d'un lézard (le tégu argentin, Tupinambis merianae). Réalisée avec une IRM et un scanner haute définition.

Nous avons ensuite mis en place des méthodes d’enregistrement sans fils (afin de laisser à l’animal plus de liberté dans ses mouvements) pour mesurer les paramètres caractérisant le sommeil : activité cérébrale dans quatre régions différentes, mouvements des yeux, tonus musculaires, fréquences respiratoire et cardiaque, température corporelle. Et nous avons également filmé des spécimens 24 heures sur 24 pendant un mois. Les premiers résultats semblent déjà confirmer la présence de sommeil comportemental, entrecoupé par des mouvements des yeux et des doigts. Mais ils ne constituent que le tout début de notre étude…

Ces animaux sont
incontournables de
par leur position
évolutive
pour comprendre
les origines
du sommeil et
du rêve.

Il devient selon nous fondamental de développer des études comportementales et électrophysiologiques du sommeil des amphibiens et des reptiles, encore très peu étudiés par les spécialistes du sommeil. Les reptiles partagent un ancêtre commun avec les oiseaux, tandis que les amphibiens sont placés à la base de ce groupe d’animaux. Ces animaux aux spécificités physiologiques remarquables, notamment en termes de thermorégulation, sont incontournables de par leur position évolutive pour comprendre les origines du sommeil et du rêve. Ils constituent des modèles de choix dans la compréhension de notre propre sommeil.

Il faudrait également s’affranchir des définitions centrées sur le sommeil des mammifères. Il nous faut trouver le moyen de pouvoir comparer des espèces aussi diversifiées, tant sur le plan écologique que morphologique. Un consensus dans les définitions et les approches méthodologiques comparatives doit donc émerger si l'on souhaite comparer ce qui est comparable et résoudre les nombreux mystères du sommeil. C’est l’autre aspect de nos travaux, afin notamment de comprendre un jour pourquoi nous dormons…

   
Les points de vue, les opinions et les analyses publiés dans cette rubrique n’engagent que leur auteur. Ils ne sauraient constituer une quelconque position du CNRS.

Notes
  • 1. Publiée on line le 29 mai 2015 dans Biological Reviews.
  • 2. Centre de recherche en neurosciences de Lyon (Unité CNRS/Inserm/Univ. Claude Bernard Lyon 1/Univ. Jean Monnet-Saint-Étienne/Univ. de Lyon).

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