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26-SciencesetAvenir-Fvrier2014-N804
DoSSier
MdecineDOSSIER
Dormir son comptant et aux bonnes heures est une cure de
jouvence pour les neurones. On peut ainsi se servir dun repos
optimis pour amliorer ses performances. Dmonstration.
Dossier ralis parElena Sender
sommeilTirer profit de son
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N804-Fvrier2014-SciencesetAvenir-27
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Mdecine
N802-Dcembre2013-SciencesetAvenir-27
DOSSIER
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a
Vitamines, complments alimentaires, psychos-timulants lhiver
venu, tout un arsenal pharmaceutique est mis en avant pour doper
nos fonctions mentales censes tre fatigues. Cest ignorer que
cha-cun condition de ne pas tre insomniaque est dot depuis sa
naissance du plus efficace sti-mulant naturel, gratuit, agrable et
sans effort: le sommeil. Ainsi, selon un sondage de lInstitut
national du sommeil et de la vigi-lance (2012), 31% des Franais
dormiraient moins de six heures par nuit, en de du seuil rpa-rateur
de sept heures minimum recommand par la communaut mdicale. Chacun
aurait ainsi ten-dance rogner petit petit sur
ses heures de repos, considrant que le sommeil, qui occupe un
tiers de la vie, constitue une perte de temps. tort! Car il est
dsor-mais prouv que la restriction chronique de sommeil entrane des
bouleversements au sein de lorganisme, jusqu modifier lex-pression
de certains groupes de gnes impliqus dans le mtabo-lisme (lire
p.28). En situation de restriction de sommeil, la plupart des
processus cognitifs se dgradent significativement selon le type de
fonctions cognitives impliques, du moment de la journe et de lge,
explique Arnaud Rabat, docteur en neurosciences lIrba, lIns-titut
de recherche biomdicale des armes (lire linterview p.30). Les
fonctions excutives deman-
dent une grosse concentration de nos ressources. Ainsi, si
dormir moins naffecte pas tant les proces-sus automatiss, il y a
une vritable chute des performances des proces-sus contrls, comme
lattention, la prise de dcision ou la mmorisa-tion, ajoute Philippe
Peigneux, professeur titulaire de la chaire de neuropsychologie
lUniversit libre de Bruxelles (ULB). Mais la bonne nouvelle est que
les dernires recherches ont mis en vidence que linverse est tout
aussi vrai! Ainsi, dormir son comptant de sommeil, aux bonnes
heures (lire p.32), est une cure de jouvence pour les neurones!
Mieux, on a aujourdhui accu-mul tant de connaissances sur les
mcanismes du sommeil que
6hpar nuit
le seuil en de duquel le sommeil nest pas rparateur.
31%des Franais dorment
entre deux et six heures par nuit en semaine.
29 %des Franais sestiment
tre du matin.
41 % du soir
(Source : Institut du sommeil et de la vigilance, 2012.)
lucIE anD SImOn/pIctuREtank
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ide reueide reueIDE REUE
Hippocampe
Actylcholine
ATPATP
Adnosine
ATP
AdnosineAdnosine
Oscillationscourtes et rapides
Ractivation et mmorisation
Oscillationscourtes et rapides
Le cerveau reoitles informations
Il les transmet lhippocampe
Sommeil lent lgerSommeil lent lgerveil Sommeil lent profond
(SLP)
de 60 75 minutes
90 minutes en moyenne
UN CYCLE
de 15 20 minutes
Sommeil paradoxal Inter-mdiaire
Cyclesuivantou veil
N1 N2 N3 SP ou REM
Thalamus
N o c o r t e x
Hipp
ocampe
N o c o
r t e x
Oscillationsamples et lentes
ActylcholineActylcholine
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lon peut dsormais apprendre sen servir pour en tirer le meilleur
parti. Lide que sommeil et fonctions cognitives a t voque ds 1924,
dans une tude mene par John Jenkins et Karl Dallenbach, deux
psychologues amricains de luniversit Cornell, Ithaca, aux
tats-Unis. Aprs avoir demand deux tudiants dapprendre des listes de
syllabes sans signifi ca-tion par cur, ils ont test leur mmoire
aprs une, deux, quatre ou huit heures dveil ou de som-meil. Les
rsultats ont montr que les tudiants oubliaient moins les syllabes
apprises aprs une priode de sommeil quaprs une priode quivalente
dveil. On pouvait donc dj poser pour principe que, pour bien
apprendre, il faut bien dormir. Ce nest que des dcennies plus tard,
lorsquont t dtermines les dif-frentes phases de sommeil, que les
scientifi ques ont commenc
percevoir que tous les stades ntaient pas quivalents pour
consolider les apti-tudes. Pour rappel, le som-meil est une
succession de quatre six cycles de quatre-vingt-dixminutes en
moyenne qui survient le plus souvent la nuit. Chaque cycle comprend
quatre stades selon la nouvelle nomenclature amricaine (voir
linfographie ci-contre), qui varient en dure au fur et mesure que
lon se rapproche du lever: som-meil lent lger (stade N1 et N2),
sommeil lent profond (SLP, stade N3), sommeil paradoxal (SP).
Pendant ces phases, le cerveau produit di rentes activits
lec-triques, mesures par lctro-encphalogramme (EEG). En dbut de
nuit, on fait plus de som-meil lent profond, alors quen fi n de
nuit le sommeil paradoxal est privilgi. Il y a vingt ans, la
litt-rature scientifi que considrait le
sommeil paradoxal comme le stade le plus important pour prserver
les fonc-tions cognitives. Mais depuis dix ans, tout est remis en
question. Quasiment tous les sp-cialistes saccordent dsor-mais sur
le fait que le SLP
est le grand stimulateur de nos fonctions cognitives.
Et plusieurs tudes sont venues confi rmer son importance pour
amliorer lapprentissage.
Le sommeil lent profond permet de mieux mmoriser
Bjrn Rasch, professeur luni-versit de Fribourg, en Suisse, a
ainsi fait une belle dmonstration publie dans la revue Pnas (2012).
Il a men une exprience avec 30 participants ayant un som-meil
rgulier de plus de sixheures par nuit. quips dlectrodes sur la tte,
ils ont t diviss en trois groupes. 21h30, le pre-mier groupe
(16personnes) a t invit jouer un jeu de mmo-risation de paires de
cartes, avant daller se coucher 23 h. Au bout de quarante minutes
de sommeil dment mesur par lEEG tous ont t rveills. Ces qua-rante
minutes ne correspondent pas un cycle complet, com-mente Bjrn
Rasch. Il comprend des phases de sommeil lent lger et moins de
vingt minutes de sommeil lent profond. Mais pas de sommeil
paradoxal, qui arrive plus tard au cours de la nuit. Le chercheur a
alors propos aux volontaires def-fectuer une nouvelle tche afin de
crer une interfrence avant de tenter de restituer les paires de
cartes mmorises avant de dor-mir. Le deuxime groupe (14 per-sonnes)
a suivi le mme protocole mais en ayant droit quatre-vingt-dix
minutes de sommeil, soit un cycle complet, comprenant qua-rante
minutes de SLP et une trs courte phase de sommeil para-doxal. Et
les scores fi naux ont t
PHYSIOLOGIE
Obsit, diabte, moins dormirbouleverse lexpression des gnes
Dormir trop peu a des consquences physiologiques importantes et
varies. Les sujets dormant moins de cinq heures par nuit ont un
risque dobsit et de diabte de type 2 deux fois et demi plus lev que
ceux dormant plus de sept heures. Ils ont aussi un risque
dhypertension augment. Une quipe mene par Derk-Jan Dijk, de
luniversit du Surrey (Royaume-Uni) a ainsi dmontr pour la premire
fois (Pnas, 2013) que la restriction de sommeil modifi e jusqu
lexpression des gnes. 26 participants de 23 31 ans dormant en
moyenne 8,2heures par nuit ont t recruts. Pendant deuxsessions dune
semaine, ils ont pu faire soit de longues nuits, soit de courtes
nuits (moins de six heures). lissue de celles-ci, ils ont subi une
prise de sang et pass des tests. Leur transcriptome, cest-
-dire lensemble des ARN messagers en circulation dans le sang,
refl tant une bonne part de lexpression du gnome, a t analys. Et
les rsultats ne laissent pas place au doute. Un sommeil de moins de
six heures entrane de mauvais rsultats aux tests comportementaux
(vigilance, temps de raction, performances cognitives) et
lexpression de 711 gnes en est bouleverse. Ces gnes rgulent pour
certains le mtabolisme (ce qui pourrait favoriser le diabte de type
2 et lobsit). Dautres rgulent les rponses infl ammatoires (impact
possible sur la sant cardio-vasculaire). Dautres encore contrlent
le stress, le vieillissement et lhorloge circadienne. Reste
dmontrer si lindividu, en rattrapant ce manque de sommeil, peut, ou
non, remettre les choses en ordre sur le long terme
SOMNIFRESIls permettraient un
sommeil rcuprateur. Pas tant que cela. Certains
suppriment la phase de sommeil lent profond si bnfi que, dautres
le sommeil paradoxal. Des molcules qui prservent
davantage les cycles naturels sont ltude.
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Actylcholine
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Adnosine
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AdnosineAdnosine
Oscillationscourtes et rapides
Ractivation et mmorisation
Oscillationscourtes et rapides
Le cerveau reoitles informations
Il les transmet lhippocampe
Sommeil lent lgerSommeil lent lgerveil Sommeil lent profond
(SLP)
de 60 75 minutes
90 minutes en moyenne
UN CYCLE
de 15 20 minutes
Sommeil paradoxal Inter-mdiaire
Cyclesuivantou veil
N1 N2 N3 SP ou REM
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ActylcholineActylcholine
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Limportance cruciale du sommeil lent profond
veil : le cerveau stocke les informationsDurant lveil, les
neurones mettent des ondes courtes et rapides. Les informations
reues sont encodes de manire temporaire par lhippocampe, grce un
neuromdiateur, lactylcholine. Et ils larguent de ladnosine, une
molcule issue de la dgradation de lATP (adnosine triphosphate) qui
leur donne lnergie ncessaire. Ladnosine qui saccumule sur les
rcepteurs des neurones tout au long de la journe provoque un
ralentissement de leur activit et un besoin de dormir. La cafine,
qui se fi xe sur les mmes rcepteurs, contre cet e et.
Sommeil lent profond : rgnrer et consolider ses souvenirsLors de
cette phase, ladnosine est pompe par les neurones pour synthtiser
de nouvelles rserves dnergie sous forme dATP. Le cerveau fait son
plein dnergie et se rgnre. Par ailleurs, le taux dactylcholine
chute. Cela entrane la synchronisation des neurones du nocortex.
Ils se mettent mettre tous en mme temps des ondes amples et lentes.
Le thalamus, lui, produit des ondes courtes et rapides. Ces
phnomnes poussent lhippocampe faire linverse qu lveil. Il dstocke
les informations, les trie et les envoie vers le nocortex pour un
encodage long terme. Ce quon appelle la ractivation
hippocampo-corticale, pivot central de la mmorisation et la gestion
des informations nocturnes, selon un des modles les plus populaires
en tout cas. (Daprs le modle de J. Born Neuroscience &
Biobehavior, Rev 2012.)
BETTY LAFON
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30-SciencesetAvenir-Fvrier2014-N804
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a sans appel: ceux ayant pu faire du sommeil lent profond ont
bien mieux mmoris (78%) que les autres (52%). De plus, leur
per-formance est parfaitement corrle au temps quils ont pass en
som-meil lent profond, observe Bjrn Rasch. Le chercheur constate
ga-lement quil faut un minimum de vingt minutes en SLP pour que le
processus de consolida-tion de la mmoire senclenche. Ainsi pour
bien mmoriser, le SLP est recommand. Comment fairepour y parvenir?
Sendor-mir grosso modo la mme heure chaque soir, afin que le
cerveau habitu enclenche aussitt les premiers cycles riches en
SLP.
Les odeurs aident apprendre en dormant
Dans la journe, on peut aussi programmer une sieste, condi-tion
quelle soit dau minimum quatre-vingt-dix minutes, pour tre sr
datteindre cette phase assez longtemps (lire p.34). On peut
galement envisager de pro-voquer artificiellement ce qui se passe
dans le sommeil lent pro-fond. Ainsi, Lisa Marshall, de luni-versit
de Lbeck en Allemagne, a-t-elle montr quen reproduisant dans le
cerveau de volontaires les ondes du sommeil lent profond par
stimulation transcranienne,
on augmentait la consolidation de la mmoire (2006, Frontiers in
Human Neuroscience). Mais Bjrn Rasch est all encore plus loin. Le
troisime groupe de son exprience (les 12 personnes restantes) a
suivi le mme proto-cole que le premier (sommeil de quarante
minutes), une excep-tion prs. Pendant lapprentissage des paires de
cartes, les partici-pants ont respir une odeur de rose. Cette mme
odeur a ensuite t diffuse durant leur sommeil. Et l, surprise: les
participants ont atteint des scores de 84% de recon-naissance
exacte! Suprieure donc au groupe qui avait dormi quatre-vingt-dix
minutes. La diffusion de lodeur augmente lefficacit du SLP,
explique le chercheur. Cela aurait pu tre un son aussi. Plus
gnrale-ment, lenvironnement dans lequel nous apprenons quelque
chose est un facteur crucial. Il est donc pos-sible damliorer
artificiellement lefficacit de lapprentissage pen-dant le sommeil.
En relisant par exemple une leon de mathma-tiques tout en respirant
une odeur de citron, puis en sendormant juste aprs avec cette mme
odeur. Dans ces cas-l, quarante minutes suffisentComment ce sommeil
lent profond peut-il permettre de telles prouesses dans le
cer-veau? Des tudes, notamment
a Pour bien mmoriserIl faut favoriser le sommeil lent profond,
plus abondant en dbut de nuit, car il consolide la mmoire smantique
(connaissances gnrales). Pour cela, mieux vaut se coucher heures
rgulires pour accumuler tous les jours le mme besoin de sommeil, et
donc faciliter la rgulation des rythmes et la qualit du sommeil. Ou
bien faire au moins 90minutes de sieste dans laprs-midi.
a Pour garder un esprit cratif Il faut favoriser le sommeil
paradoxal, stade abondant surtout en fin de nuit. Et ce, en
prolongeant une grasse
matine si cest possible ou bien en faisant une sieste dau moins
90 minutes le matin.
a Pour ragir limprvuIl faut avoir dormi le nombre dheures
ncessaire (dtermin par son chronotype), sinon la capacit de dcision
et raction limprvu est amoindrie. Une sieste peut aider effacer la
dette de sommeil nocturne.
a Pour stimuler ses performances dans la journeUne courte sieste
de 20 minutes en dbut daprs-midi rehausse le niveau des
performances cognitives.
Quelle est la diffrence entre manquer de sommeil de faon
chronique et passer une nuit blanche? Aucune! Une rduction
chronique, mme modre, du temps de sommeil peut avoir des
consquences comportementales importantes. Nous avons men une tude
sur 12hommes de 20 37 ans qui nont dormi que quatreheures par nuit
durant sept jours, puis ont t soumis des tests cognitifs. Au
7ejour, ils avaient le mme niveau de dfaillance attentionnelle
quaprs une nuit sans dormir! Si lon ne dort que sixheures par nuit,
cet tat est atteint au bout de deux semaines. Toutes les fonctions
cognitives sont-elles altres? Le manque de sommeil ne semble
modifier le mtabolisme que de certaines zones spcifiques du cerveau
(cortex prfrontal notamment), et donc naltrer que certaines
fonctions cognitives. Les fonctions excutives qui permettent
ladaptation des situations nouvelles (inhibition motrice, mmoire de
travail, flexibilit) semblent trs altres par le manque de sommeil.
Les capacits plus automatises semblent moins affectes. Est-on plus
fatigu le soir ou le matin?Les individus en dette chronique de
sommeil semblent plus dfaillants le matin (vers 9 h) que le soir.
Vers 19 h, une sorte de second souffle, peut-tre d lhorloge
biologique, favorise la lutte contre le besoin de sommeil. Certains
rsistent-ils mieux que dautres? Les individus de plus de 30 ans
semblent mieux rsister une dette chronique de sommeil. Les plus
jeunes, au cortex prfrontal moins mature, sont plus dfaillants. De
plus, les individus experts dans leur domaine les pilotes de chasse
par exemple seraient mieux protgs, car ils pilotent en mode
automatique en quelque sorte. Faire une grasse matine permet-il de
rattraper le manque de sommeil? Dormir plus le week-end ne suffit
pas pour rcuprer ses capacits! Nos sujets mme aprs deux nuits de
huit heures, voire trois, prsentent des capacits attentionnelles
excutives altres. Une dgradation cognitive lente semble sinstaller.
Seule bonne contre-mesure : dormir rgulirement et tenir compte de
ses besoins quantitatifs de sommeil. Propos recueillis par E.
S.
interview
ArnAud rAbAt ChEf DE PROjEt DANS LUNIt fAtIgUE Et VIgILANCE,
INStItUt DE REChERChE BIOMDICALE DES ARMES (IRBA)
Plus on est jeune, moins on rsiste
Mode demploi pour tre plus performant
Dr
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celle de Jan Born de luniversit de Lbeck, ont explicit le
mca-nisme qui se cache derrire cette mmorisation nocturne. lorigine
du sommeil lent pro-fond, il y a une chute du neuro-mdiateur
actylcholine. Qui va entraner une cascade de phno-mnes lectriques
aboutissant une ractivation des souvenirs (voir linfographie p.29).
Au cur du systme, lhippocampe, petite structure au centre du
cerveau, impliqu dans la mmorisation. Pendant lveil, il stocke les
infor-mations reues. Pendant le som-meil lent profond, il les
redistribue dans di rents endroits du cortex pour un stockage long
terme. Plus une personne doit mmo-riser de choses, plus sa phase de
SLP est intense et profonde. Le cerveau en a mme tellement besoin
quen cas de restriction de sommeil et donc de SLP , il naura de
cesse de le rattraper ds quil le peut, quitte sauter les stades
intermdiaires.
Le sommeil paradoxal est primordial pour la crativit
Mais si le rle du SLP est aujourdhui mis en lumire, le sommeil
paradoxal, appel aussi sommeil REM (Rapid Eye Move-ment), nest pas
pour autant cart. Il serait primordial pour dautres types de
fonctions, notamment pour la crativit. Pour preuve, lquipe de Sara
Mednick, de luni-versit de Californie (Pnas, 2009), a soumis
77volontaires de 18 35ans deux sessions de tests valuant la capacit
faire des associations (syntaxiques, sman-tiques) de mots. Lune
avait lieu le matin, lautre laprs-midi, entrecoupes dun repos veill
ou dune sieste de quatre-vingt-dix minutes. Rsultat: le sommeil
amliore les scores aux tests das-sociation uniquement sil contient
du sommeil paradoxal, autrement dit du rve. Et la chercheuse de
conclure: Ces dcouvertes vali-
dent la recommandation du prix Nobel Friedrich August Kekule
Apprenons rver! En cas de problme pineux rsoudre, rien de tel donc
quun som-meil prolong le matin riche en sommeil para-doxal ou une
sieste dau moins de quatre-vingt-dix minutes en premire par-tie de
journe. La rponse surgira peut-tre au rveil. En cas dmotions
fortes, il faut aussi privilgier le sommeil. Jan Born a ainsi sign
dans Neuro-biology of Learning and Memory
(2013) une tude portant sur 16jeunes volontaires invits mmoriser
50 photos contenu motionnel ngatif et 50 photos contenu neutre
avant de dormir trois heures, soit en dbut de nuit (davantage de
SLP) ou en fi n de nuit (davantage de sommeil para-doxal).
Rsultats: La mmorisa-tion des photos motionnelles a t meilleure que
celle des neutres aprs le sommeil paradoxal.
De bonnes nuits rduisent la charge motionnelle
Els van der Helm et Matthew Wal-ker, de luniversit de Berkeley
(tats-Unis) ont fait, quant eux, passer deux IRM fonctionnelles
34participants douzeheures dintervalle comprenant ou non une nuit
de sommeil (Current Bio-logy, 2011). Pendant quils passaient lIRMf,
il tait demand aux volon-taires de noter lintensit mo-tionnelle de
150images ngatives. Puis la mme chose douze heures aprs.
Observation: les sujets ayant dormi voient leur activit
amyg-dalienne (rponse motionnelle) diminuer devant les mmes
pho-tos. Et les notes dvaluation nga-tives sont moins leves. Les
auteurs font lhypothse, en sappuyant sur des travaux ant-rieurs,
que le sommeil REM est lorigine de cette rduction de la charge
motionnelle, mais ce nest pas encore prouv. Lquipe de Philippe
Peigneux a reproduit lexprience sur plusieurs nuits (Journal of
Sleep Research, 2013) Nous avons trouv ce jour que la charge
motionnelle diminue aprs quelques nuits de sommeil en effet, mais
pas plus au cours dune nuit avec beaucoup de sommeil REM que de
non-REM ou vice versa, note-t-il. A aire suivre donc. Quoi quil en
soit, le mot dordre
gnral est de respecter les rythmes habituels, son chrono-type,
et dviter les dettes de som-meil. E. S.
SENIORSIls dormiraient moins. En ralit, les personnes
ges dorment en moyenne le mme nombre
dheures sur un jour mais compensent
de plus courtes nuits par de petites
siestes.
Llectroencphalogramme permet de mettre en vidence les di rentes
phases de sommeil dans le cerveau du dormeur.
BURGER / PHANIE
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