Lorsque nous rêvons, notre cerveau est rempli d’une activité électrique bruyante qui semble presque identique à celle du cerveau éveillé.
Mais des chercheurs de l’Université de Californie, Berkeley, ont extrait du bruit un signal qui définit de manière unique le rêve, ou sommeil paradoxal, ce qui pourrait faciliter le suivi des personnes souffrant de troubles du sommeil, ainsi que des patients inconscients dans le coma ou sous anesthésie.
Chaque année, des centaines de milliers de personnes subissent des études nocturnes pour diagnostiquer des problèmes de sommeil, la plupart d’entre elles étant branchées à un électroencéphalogramme (EEG) pour surveiller l’activité cérébrale pendant qu’elles passent de l’état de veille au sommeil lent et profond, puis au sommeil paradoxal. Mais les EEG ne permettent pas à eux seuls de savoir si un patient est éveillé ou en train de rêver : Les médecins ne peuvent distinguer le sommeil paradoxal qu’en enregistrant les mouvements oculaires rapides – d’où leur nom – et le tonus musculaire, car notre corps se détend dans une paralysie générale pour nous empêcher de réaliser nos rêves.
« Nous avons vraiment maintenant une métrique qui vous dit précisément quand vous êtes en sommeil paradoxal. C’est une mesure universelle de l’inconscience », a déclaré Robert Knight, professeur de psychologie et de neuroscience à l’université de Berkeley et auteur principal d’un article décrivant la recherche, publié le 28 juillet dans la revue en ligne eLife.
« Ces nouveaux résultats montrent que, enfoui dans la statique électrique du cerveau humain, il y a quelque chose de tout à fait unique – une simple signature », a déclaré le co-auteur et chercheur sur le sommeil Matthew Walker, professeur de psychologie et de neuroscience à l’université de Berkeley. « Et si nous mesurons cette simple signature électrique, nous pouvons, pour la première fois, déterminer précisément l’état de conscience d’une personne : rêve, éveil, anesthésie ou sommeil profond. »
La capacité de distinguer le sommeil paradoxal au moyen d’un EEG permettra aux médecins de surveiller les personnes sous anesthésie pendant une intervention chirurgicale afin d’explorer comment l’inconscience induite par les narcotiques diffère du sommeil normal – une question encore non résolue. C’est la principale raison pour laquelle la première auteure, Janna Lendner, résidente en anesthésiologie, a lancé l’étude.
« Nous disons souvent à nos patients que « vous allez vous endormir maintenant », et j’étais curieuse de savoir à quel point ces deux états se chevauchent réellement », a déclaré Lendner, une boursière postdoctorale de l’UC Berkeley en quatrième année de résidence en anesthésiologie au centre médical universitaire de Tübingen, en Allemagne. « L’anesthésie peut avoir certains effets secondaires. Si nous en apprenons un peu plus sur la façon dont ils se chevauchent — peut-être que l’anesthésie détourne certaines voies du sommeil — nous pourrions être en mesure d’améliorer l’anesthésie à long terme. »
Le sommeil apaise le cerveau
Le sommeil, comme l’a écrit Walker dans son livre de 2017, « Pourquoi nous dormons », « enrichit une diversité de fonctions, y compris notre capacité à apprendre, à mémoriser et à prendre des décisions et des choix logiques ». Au service de notre santé psychologique, le sommeil recalibre nos circuits cérébraux émotionnels, ce qui nous permet d’affronter les défis sociaux et psychologiques du lendemain avec sang-froid. »
Un sommeil perturbé interfère avec tout cela, augmentant le risque de maladies médicales, psychiatriques et neurologiques.
La plupart des recherches sur le sommeil se concentrent sur les ondes synchronisées et rythmiques qui circulent dans le réseau neuronal du cerveau, des ondes lentes qui signalent le sommeil profond, généralement dans les premières heures de la nuit, aux ondes de plus haute fréquence typiques du sommeil de rêve. Ces ondes surgissent au-dessus d’un grand nombre d’activités générales, également appelées 1/f, qui ont généralement été considérées comme du bruit et ignorées.
Mais Knight et son laboratoire examinent ce « bruit » depuis une décennie et ont découvert qu’il contient des informations utiles sur l’état du cerveau. En 2015, par exemple, lui et Bradley Voytek, un ancien doctorant qui fait maintenant partie de la faculté de l’UC San Diego, ont découvert que la quantité d’activité à haute fréquence augmente avec l’âge. Lendner a maintenant découvert qu’une chute plus rapide de l’activité haute fréquence, par rapport à l’activité basse fréquence, est une signature unique du sommeil paradoxal.
« Il y a cette activité de fond, qui n’est pas rythmique, et nous l’avons négligée pendant assez longtemps », a déclaré Lendner. « On l’a parfois qualifiée de bruit, mais ce n’est pas du bruit ; elle est porteuse de nombreuses informations, notamment sur le niveau d’éveil sous-jacent. Comme les ondes lentes sont associées à l’inhibition de l’activité dans le cerveau, tandis que l’activité à haute fréquence – comme celle que l’on trouve pendant l’éveil – est associée à un comportement excitateur, la chute plus marquée pourrait indiquer que de nombreuses activités dans le cerveau, y compris celles liées aux mouvements musculaires, sont réprimées pendant le sommeil paradoxal.
Elle a également enregistré l’activité cérébrale de 12 patients épileptiques et de 9 autres patients subissant une chirurgie de la colonne vertébrale avec l’anesthésique général commun Propofol.
Lendner examine maintenant les enregistrements cérébraux de patients dans le coma pour voir comment leur activité cérébrale varie au cours d’une journée et si la chute de 1/f peut être utilisée pour indiquer la probabilité de sortie du coma.
« Plus important encore, je pense que c’est une autre métrique pour évaluer les états de coma », a déclaré Knight. « Le 1/f est très sensible. Il pourrait résoudre, par exemple, si quelqu’un était dans un état de conscience minimale, et qu’il ne bouge pas, et s’il est plus alerte que vous le pensez. »
Référence : Lendner, J. D., Helfrich, R. F., Mander, B. A., Romundstad, L., Lin, J. J., Walker, M. P., Larsson, P. G., & Knight, R. T. (2020). Un marqueur électrophysiologique du niveau d’éveil chez l’homme. ELife, 9, e55092. https://doi.org/10.7554/eLife.55092