"Le sommeil et l’éveil sont des états totalement distincts qui définissent les limites de notre vie quotidienne. Pendant des années, les scientifiques ont mesuré la différence entre ces processus neurologiques instinctifs en observant les ondes cérébrales, le sommeil étant caractérisé par des vagues lentes et longues mesurées en dixièmes de seconde qui traversent l'ensemble du cerveau."
En utilisant une nouvelle méthode pour étudier les ondes cérébrales régissant la conscience, une équipe de chercheurs a découvert, pour la première fois, que de petites régions du cerveau peuvent momentanément rester éveillées pendant que le reste de l’organe reste endormi – et vice versa.
Des modèles d’activité neuronale pour prédire si le cerveau est endormi ou éveillé
Dans le cadre de leurs travaux, publiés dans la revue Nature Neuroscience, les scientifiques issus de plusieurs universités américaines ont étudié, pendant quatre ans, les cerveaux de souris via un casque qui enregistrait les signaux électriques de leur activité cérébrale dans dix régions spécifiques. Grâce à ces quantités massives de données sur les ondes cérébrales, ils ont pu créer artificiellement des modèles inédits d’activité neuronale d’une longueur de seulement quelques millisecondes. Ce qui leur a permis d’étudier plus précisément les distinctions, dans le cerveau, entre le sommeil et l’éveil, autrement dit les processus qui régissent la conscience.
Sachant que le sommeil est traditionnellement défini par des ondes lentes, les chercheurs ont demandé au réseau neuronal de prédire si le cerveau était endormi ou éveillé. Or le modèle a pu faire la différence entre les deux états de conscience à partir de seulement quelques millisecondes de données d’activité cérébrale isolées. "Nous avons observé l’information avec un niveau de détails jamais égalé, se félicitent les chercheurs dans un communiqué. C’est comme si l’on pouvait deviner le rythme d’une chanson après l’avoir entendue seulement un millième de seconde."
Certaines petites régions du cerveau dorment pendant que le reste est en éveil
En étudiant ces modèles de prédiction sommeil/éveil, les scientifiques ont également été "surpris" de constater que toutes les zones du cerveau ne sont pas endormies ou éveillées au même moment. "Pendant une fraction de seconde, le modèle détectait l’éveil dans une région cérébrale tandis que le reste du cerveau restait endormi. Ou inversement, une région était endormie alors que d’autres restaient éveillées", expliquent-ils. Mais quel est le rôle de ces "scintillements", ces "clignotements" sur les fonctions du sommeil et de l’éveil ?
En observant le comportement des souris, ils ont constaté que "lorsqu’une région du cerveau clignotait pour s'endormir pendant que le reste du cerveau était éveillé, le rongeur faisait une pause pendant une seconde, presque comme s’il 'décrochait'". De même, "le clignotement d’une région pendant le sommeil (c’est-à-dire son réveil) pouvait être décelé par les tremblements de l’animal durant son sommeil". Ces scintillements sont particulièrement étonnants, selon les auteurs, car "ils ne suivent pas les règles dictant le cycle strict du cerveau allant du réveil au sommeil lent jusqu’au sommeil paradoxal".
Mieux connaître les schémas neuronaux qui se produisent à haute fréquence et les scintillements entre le réveil et le sommeil pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre les maladies neurodégénératives et psychiatriques, toutes deux associées à des troubles du sommeil.