Une nouvelle recherche révèle une compétition entre les hémisphères cérébraux pendant le sommeil

Une nouvelle recherche révèle une compétition entre les hémisphères cérébraux pendant le sommeil

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Les êtres humains sont à symétrie bilatérale. En tant que tel, notre cerveau est composé de deux moitiés appelées hémisphères, qui communiquent entre elles à l’aide de faisceaux de fibres spécialisés traversant la ligne médiane. Alors que chaque hémisphère a tendance à s’occuper des sens (vision, ouïe, toucher) et du contrôle moteur du côté opposé du corps, nous ne sommes généralement pas conscients de ce cloisonnement des fonctions, grâce à une communication inter-hémisphérique constante. Chez l’homme, les deux hémisphères sont aussi spécialisés pour certaines fonctions : les aires du langage, par exemple, se trouvent typiquement dans l’hémisphère gauche.

La plupart des animaux (oiseaux, reptiles, amphibiens, poissons, insectes, mollusques, etc.) sont, comme les humains, à symétrie bilatérale et possèdent des cerveaux à symétrie bilatérale. Étudiant le sommeil chez un reptile, le dragon australien Pogona vitticeps, Lorenz Fenk, Luis Riquelme et Gilles Laurent de l’Institut Max Planck pour la recherche sur le cerveau à Francfort, en Allemagne, rapportent dans Nature que pendant une phase du sommeil, les deux moitiés du cerveau Pogona se font concurrence de sorte qu’un côté impose son activité à l’autre, jusqu’à ce que l’hémisphère dominant bascule de l’autre côté, alternant tout au long de la nuit.

Lorenz Fenk explique : « Le sommeil à Pogona est divisé en deux états, similaires à ceux décrits chez les mammifères, y compris les humains : une phase de sommeil dit à ondes lentes, où l’électroencéphalogramme montre des ondes à basse fréquence – d’où le nom – et un deuxième phase, appelée REM (pour Rapid Eye Movement) ou sommeil paradoxal, où l’EEG ressemble à celui enregistré à l’état d’éveil (donc « paradoxal ») et les yeux ont tendance à faire des mouvements saccadés sous les paupières (donc REM) tandis que le corps est autrement paralysé.”

Chez l’homme, le sommeil commence par une longue phase d’ondes lentes (pendant environ 60 minutes) suivie de 5 à 10 minutes de REM, et ce cycle alterné recommence, 5 à 7 fois par nuit. Au fur et à mesure que la nuit avance, la fraction de sommeil paradoxal augmente à chaque cycle de sommeil. À Pogona, le cycle de sommeil est beaucoup plus court (moins de 2 minutes) et les deux états de sommeil sont de durée égale (45 à 60 secondes chacun) tout au long de la nuit. Un dragon subit 250 à 350 cycles de sommeil de ce type chaque nuit, alternant régulièrement entre ses versions de sommeil lent et paradoxal.

En enregistrant simultanément l’activité neuronale de la même zone (appelée le claustrum) des deux côtés du cerveau Pogona, les scientifiques ont découvert que chaque côté fonctionne indépendamment de l’autre pendant la phase à ondes lentes du sommeil. À leur grande surprise, cependant, les deux côtés se sont synchronisés avec précision pendant REM, mais avec un très court délai de 20 millisecondes (une milliseconde est un millième de seconde) entre les cerveaux gauche et droit. Plus surprenant encore, ils ont constaté que le côté en avance de 20 ms sur l’autre commutait en moyenne une fois par cycle de sommeil entre le côté gauche et le côté droit.

En comparant l’intensité des signaux enregistrés dans le claustrum gauche et droit pendant le REM, ils ont également observé que le côté avec la plus forte activité était généralement celui qui menait. Ceci, ainsi que d’autres preuves présentées dans leur article, suggèrent que les deux côtés du cerveau se font concurrence pendant le sommeil paradoxal, mais pas pendant le sommeil à ondes lentes, et que lorsqu’ils sont en compétition, le côté le plus fort impose son activité à l’autre. Cette forme de compétition s’appelle le gagnant rafle tout.

Fait intéressant, bien que les côtés gauche et droit jouent le rôle principal à peu près à parts égales tout au long de la nuit (environ la moitié des cycles de sommeil chacun), le basculement entre les côtés ne se produit pas exactement à chaque cycle de sommeil. De plus, les changements de côté sont devenus moins fréquents dans les dernières heures de la nuit, un côté dominant l’autre pendant de nombreux cycles de sommeil, avant de céder la domination à l’autre, encore une fois pendant de nombreux cycles successifs.

“Cela indique l’existence et l’interaction de plusieurs circuits de contrôle du sommeil, chacun avec des échelles de temps différentes, et une évolution systématique de certaines de ces échelles de temps tout au long de la nuit ; cela suggère que quelles que soient les fonctions que le sommeil joue chez ces animaux, différents mécanismes pourraient être à l’œuvre. jouer tôt et tard dans la nuit, avec des conséquences différentes », explique Laurent.

Dans un effort pour comprendre comment les deux côtés du cerveau interagissent et se concurrencent pendant le sommeil paradoxal, les scientifiques ont découvert que cette compétition n’était pas due à des interactions directes entre le claustra gauche et droit, mais plutôt à des circuits situés plus loin dans le cerveau. , à la jonction entre le cerveau moyen et le cerveau postérieur. Ces circuits dits isthmiques se retrouvent chez tous les vertébrés, y compris les mammifères et les humains, et ont été particulièrement bien étudiés chez les oiseaux. Là, ils se sont révélés importants pour certaines formes d’attention visuelle chez les oiseaux éveillés (hiboux et pigeons). En lésant un composant de ces circuits isthmiques d’un seul côté du cerveau de Pogona, Fenk et ses collègues ont pu annuler le changement régulier de dominance latérale, faisant que le côté intact domine l’autre tout au long de la nuit (et les successives).

Bien que les composants du circuit impliqués dans cette étude (claustrum, mésencéphale et isthme) existent chez les mammifères, y compris les humains, on ne sait pas encore si des interactions compétitives similaires se produisent également pendant le sommeil paradoxal chez l’homme. Les mécanismes et les fonctions du sommeil sont complexes et encore mal compris chez n’importe quel animal. Ces nouveaux résultats chez un reptile ajoutent un nouveau niveau de complexité aux questions importantes de la dynamique et des fonctions du sommeil.

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