Vous êtes-vous déjà demandé ce qui se passe dans votre cerveau lorsque vous restez éveillé pendant un jour, une nuit et un autre jour avant de finalement vous endormir? Eh bien, nous venons de découvrir.

Il a été connu depuis de nombreuses années que nous soyons endormis, que nous sommes capables d'additionner des nombres, de prêter attention ou de mener une tâche de mémoire de travail dépend de combien de temps nous avons été éveillés et du moment de la journée. Habituellement, si nous restons éveillés pendant deux jours (un jour, une nuit et le jour suivant), les premières heures de 16 sont éveillées - les performances sont bonnes et ne changent pas beaucoup.

Mais alors que nous entrons dans la «nuit biologique», comme indiqué par une montée de l'hormone mélatonine, les performances se détériorent rapidement et atteignent un minimum autour de 6-8am le lendemain matin. Le deuxième jour, la performance s'améliore un peu (mais reste bien en deçà de celle du premier jour) et ne revient à des niveaux de base normaux qu'après une bonne nuit de sommeil.

La principale caractéristique de cette chronologie de performance est qu'elle ne se détériore pas linéairement en fonction de la durée de votre veille, mais qu'elle est modulée au moment de la journée. En fait, nous savons maintenant que ce n'est pas réellement «l'heure du jour» mais «l'heure biologique interne de la journée» qui cause les effets de la perte de sommeil. Au niveau du comportement, la fonction cérébrale est alors déterminée par les effets combinés de la rythmicité circadienne et de l'homéostasie du sommeil - la pression du sommeil qui s'accumule pendant l'éveil et se dissipe pendant le sommeil.

Rythme circadien

La rythmicité circadienne peut être observée dans de nombreux aspects du comportement et de la physiologie et est générée par les horloges circadiennes dans presque toutes les cellules du cerveau et du corps. Localement, ces rythmes Sont générés par une boucle de rétroaction des protéines d'horloge sur des gènes d'horloge qui expriment l'information génétique qui est ensuite traduite en protéines

Toutes ces horloges - y compris les horloges cérébrales - sont synchronisées par un directeur / conducteur central situé dans une zone du cerveau appelée le noyau suprachiasmatique dans l'hypothalamus. Cette zone du cerveau entraîne également le rythme de la mélatonine dans le sang et la salive.

Alors, comment fonctionne cette action combinée de la rythmicité circadienne et de l'homéostasie du sommeil? Eh bien, au cours de la journée biologique, l'horloge circadienne génère un signal d'alerte ou de veille qui devient de plus en plus fort à mesure que la journée progresse et atteint sa puissance maximale le soir. Cela peut sembler un peu paradoxal, mais ce signal doit devenir plus fort au fur et à mesure que la journée progresse car la pression du sommeil augmente aussi plus nous sommes éveillés - donc quelque chose doit nous garder alerte.

Mais à mesure que nous entrons dans la nuit biologique, le signal circadien favorisant l'éveil se dissipe et se transforme en un signal favorisant le sommeil avec une force maximale autour de 6-8am. Encore une fois, cela peut sembler un peu paradoxal, mais dans des conditions normales, lorsque nous dormons la nuit, cela nous est utile parce que le signal favorisant le sommeil nous permet de bien dormir même après six ou sept heures lorsque la pression du sommeil s'est dissipée.

Des problèmes surviennent lorsque nous restons éveillés la nuit et le jour suivant, cependant. Pendant la nuit, la pression du sommeil reste élevée et augmente même parce que nous sommes éveillés. Le signal circadien ne s'oppose plus à cette pression et nous luttons pour rester éveillés et performants. Le jour suivant, l'horloge circadienne, qui reste allumée, que nous soyons endormis ou non, commence à promouvoir les signaux éveillés, ce qui rend l'exercice un peu plus facile et reste éveillé.

À quoi cela ressemble-t-il dans le cerveau?

Tout cela est beau et bon et logique. En effet, ce modèle de travail est largement accepté d'après ce que nous avons vu se produire en matière de comportement. Mais à quoi ressemble cette action combinée du rythme circadien et de l'homéostasie du sommeil dans le cerveau humain

Notre équipe de chercheurs, de l'Université de Liège et de l'Université de Surrey, a scanné le cerveau de personnes 33 en utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui donne une image détaillée des niveaux d'activité neuronale dans le cerveau. deux jours et après une période de sommeil réparateur. Nous avons également mesuré les niveaux de mélatonine pour avoir un bon indicateur du temps biologique interne, qui varie entre les individus. Nos résultats sont publié dans Science.

Pour chaque participant, des images cérébrales 13 ont été obtenues alors qu'elles effectuaient une tâche de temps de réaction simple. Douze images cérébrales ont été recueillies pendant la privation de sommeil à des moments caractérisés par ces changements rapides observés précédemment pour la performance le soir et le matin. La treizième image a été prise après le sommeil de récupération.

L'activité dans plusieurs régions cérébrales, et en particulier les zones sous-corticales (comme le thalamus, un important centre de transmission de l'information au cortex), suit un rythme circadien 24-heure dont le rythme varie étonnamment selon les régions cérébrales. D'autres régions du cerveau - en particulier les zones cérébrales frontales, y compris zones d'association d'ordre supérieur - a montré une réduction de l'activité avec le temps éveillé suivi d'un retour aux niveaux de privation avant le sommeil après le sommeil de récupération. Certaines régions du cerveau présentaient un motif qui était une combinaison d'un motif rythmique et d'un déclin associé au temps éveillé.

Encore plus surprenant, ces effets de la perte de sommeil sur l'activité cérébrale étaient beaucoup plus répandus lorsque les participants effectuaient une tâche de temps de réaction simple par rapport à une tâche plus complexe reposant sur la mémoire.

Ce que tout cela signifie, c'est que diverses régions du cerveau semblent être affectées différemment par la perte de sommeil et le rythme circadien, et globalement les résultats démontrent à la fois l'omniprésence de ces effets, mais aussi la similitude et la nature locale de ces influences.

La variété des réponses cérébrales montre à quel point les mécanismes par lesquels le cerveau réagit à la perte de sommeil sont complexes. Cela nous aide à comprendre comment le cerveau peut maintenir la performance pendant le jour et la nuit. Ces résultats peuvent rassurer les travailleurs de quarts et les personnes qui travaillent de très longues heures et qui ont de la difficulté à prêter attention et à se concentrer sur leur travail, particulièrement tôt le matin. Oui, votre cerveau sera différent la nuit plutôt que le jour. Ils suggèrent également que si vous travaillez tard, il vaudrait peut-être mieux envelopper, dormir et recommencer le matin.

Cela peut même nous aider à mieux comprendre pourquoi de nombreux symptômes se manifestent dans les troubles psychiatriques et neurodégénératifs, et pourquoi au petit matin après une nuit sans sommeil, nous luttons pour garder l'attention, alors que le soir ce n'est pas un problème.

A propos de l'auteur

Derk-Jan Dijk, professeur de sommeil et de physiologie et directeur du Surrey Sleep Research Centre, Université de Surrey

Pierre Maquet, directeur de recherche, Cyclotron Research, Université de Liège

Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.

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