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Les connexions cérébrales se réinitialisent pendant la première moitié du sommeil

Une étude récente a fourni de nouvelles informations sur le rôle complexe du sommeil dans le fonctionnement cérébral. Menées sur le poisson zèbre, les recherches ont révélé que pendant la première moitié d’une nuit de sommeil, le cerveau affaiblit les nouvelles connexions entre les neurones formées à l’éveil. Cependant, ce processus ne se poursuit pas dans la seconde moitié de la nuit, laissant des questions ouvertes sur le but de cette dernière étape. Publié dans la revue Naturel’étude soutient l’hypothèse de l’homéostasie synaptique, qui suggère que le sommeil sert de réinitialisation au cerveau.

La fonction exacte du sommeil a longtemps intrigué les scientifiques. Si l’on sait que le sommeil est crucial pour les performances cognitives, son rôle précis au niveau neuronal reste flou. L’une des théories dominantes est l’hypothèse de l’homéostasie synaptique, selon laquelle le sommeil aide à équilibrer le renforcement et l’affaiblissement des synapses (connexions entre neurones) qui se produisent pendant les heures d’éveil. Cet équilibre est essentiel car un renforcement continu des synapses serait énergétiquement insoutenable et pourrait empêcher la formation de nouvelles connexions nécessaires à l’apprentissage. Les chercheurs avaient pour objectif de tester cette hypothèse en observant les changements synaptiques qui se produisent pendant le sommeil chez le poisson zèbre.

Pour explorer ces changements, les chercheurs ont utilisé un poisson zèbre optiquement translucide doté de cerveaux génétiquement modifiés permettant une imagerie facile des synapses. Ils ont surveillé le poisson pendant plusieurs cycles veille-sommeil pour observer l’évolution des connexions synaptiques. Plus précisément, ils ont suivi les changements dans le nombre et la force des synapses au cours de différentes phases de la journée et de la nuit.

Le poisson zèbre a été choisi pour sa transparence, qui permet une imagerie détaillée des structures cérébrales. Les chercheurs ont utilisé un système de marquage des synapses qui met en évidence les protéines synaptiques, leur permettant ainsi de visualiser les connexions entre les neurones en temps réel. Ils ont ensuite soumis les poissons à diverses conditions de sommeil, y compris la privation de sommeil, pour voir comment ces conditions affectaient la dynamique des synapses.

L’étude a révélé que pendant les heures d’éveil, les cellules cérébrales établissaient davantage de connexions, qui étaient ensuite supprimées pendant le sommeil. Cette taille a été plus prononcée durant la première moitié de la nuit. Ce schéma correspond à la période de sommeil lent, connue pour être plus intense en début de nuit. Lorsque les poissons étaient privés de sommeil, leurs connexions synaptiques continuaient à se développer jusqu’à ce qu’ils soient enfin autorisés à se reposer, après quoi l’élagage reprenait.

« Nos résultats ajoutent du poids à la théorie selon laquelle le sommeil sert à atténuer les connexions dans le cerveau, préparant ainsi davantage d’apprentissage et de nouvelles connexions le lendemain », a expliqué la première auteure Anya Suppermpool, chercheuse postdoctorale au laboratoire Andres de l’UCL Ear Institute. «Mais notre étude ne nous dit rien sur ce qui se passe dans la seconde partie de la nuit. Il existe d’autres théories selon lesquelles le sommeil est une période propice à l’élimination des déchets dans le cerveau ou à la réparation des cellules endommagées – peut-être que d’autres fonctions entrent en jeu pendant la seconde moitié de la nuit.

Fait intéressant, l’étude a noté que cet élagage synaptique était moins efficace lors de siestes plus courtes en milieu de journée, probablement en raison d’une pression de sommeil plus faible (le besoin de sommeil du corps). Cela suggère que les avantages du sommeil sur l’élagage des synapses sont plus significatifs pendant les périodes de sommeil nocturnes plus longues, lorsque la pression du sommeil est plus élevée.

Les chercheurs ont également constaté une variabilité dans les changements synaptiques entre différents types de neurones. Certains neurones présentaient un schéma cohérent de gain de synapses pendant la journée et de perte la nuit, tandis que d’autres présentaient le schéma opposé. Cette variabilité suggère que différents types de neurones pourraient avoir des rôles ou des mécanismes de régulation distincts pendant le sommeil.

Jason Rihel, professeur à l’University College de Londres, a déclaré : « Lorsque nous sommes éveillés, les connexions entre les cellules cérébrales deviennent plus fortes et plus complexes. Si cette activité devait se poursuivre sans relâche, elle serait énergétiquement insoutenable. Trop de connexions actives entre les cellules cérébrales pourraient empêcher l’établissement de nouvelles connexions le lendemain.

« Bien que la fonction du sommeil reste mystérieuse, il pourrait servir de période » hors ligne « au cours de laquelle ces connexions peuvent être affaiblies dans le cerveau, en préparation pour que nous puissions apprendre de nouvelles choses le lendemain. »

Bien que ces découvertes fournissent des informations précieuses, il n’est pas certain qu’elles s’appliquent directement aux humains. Le sommeil humain est plus complexe et les fonctions des différentes étapes du sommeil peuvent varier.

De plus, l’étude s’est concentrée principalement sur les premiers stades du sommeil et n’a pas fourni d’informations concluantes sur ce qui se passe pendant la seconde moitié de la nuit. Les chercheurs suggèrent que d’autres fonctions, comme l’élimination des déchets du cerveau ou la réparation des cellules endommagées, pourraient être plus actives pendant cette période. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer ces possibilités.

Les futures études devraient également étudier les mécanismes moléculaires qui déterminent l’élagage synaptique pendant le sommeil. Comprendre ces mécanismes pourrait fournir des informations plus approfondies sur la manière dont le sommeil contribue à l’apprentissage et à la mémoire. De plus, examiner comment différents types de neurones et de régions cérébrales sont affectés par le sommeil pourrait aider à élucider le rôle plus large du sommeil dans le fonctionnement cérébral.

« Si les schémas que nous avons observés sont vrais chez l’homme, nos résultats suggèrent que ce remodelage des synapses pourrait être moins efficace pendant une sieste de midi, lorsque la pression du sommeil est encore faible, plutôt que la nuit, lorsque nous avons vraiment besoin de sommeil. » dit Rihel.

L’étude, « La pression du sommeil module le nombre de synapses mononeuronales chez le poisson zèbre», a été rédigé par Anya Suppermpool, Declan G. Lyons, Elizabeth Broom et Jason Rihel.


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