Nos cerveaux se reposent et s’activent pendant le sommeil
Les scientifiques ont fait une découverte révolutionnaire : une petite région de notre cerveau s’éteint brièvement pour faire des micro-siestes de quelques microsecondes pendant que nous sommes éveillés. Fait intéressant, ces mêmes zones deviennent actives pendant le sommeil. Ces résultats pourraient fournir des informations cruciales sur les maladies neurodéveloppementales et neurodégénératives associées aux troubles du sommeil.
Des chercheurs de l’Université de Washington à St. Louis (WashU) et de l’Université de Californie à Santa Cruz (UCSC) ont découvert ces résultats de manière inattendue. Ils ont observé des ondes cérébrales dans une zone spécifique et minuscule du cerveau qui s’éteignaient brusquement pendant quelques millisecondes pendant l’éveil et se rallumaient pour la même durée pendant le sommeil.
La perspective de Keith Hengen sur les états de comportement
Keith Hengen, professeur adjoint de biologie à WashU, a souligné le potentiel de remettre en question les hypothèses fondamentales et de réévaluer le concept de “qu’est-ce qu’un état ?” avec des outils avancés et des méthodes computationnelles. « Le sommeil ou l’éveil est le principal déterminant du comportement, façonnant tout le reste. Si nous ne comprenons pas vraiment ces états, il semble que nous manquions un aspect crucial », a-t-il expliqué.
Traditionnellement, les états de sommeil et d’éveil ont été définis par des modèles d’ondes cérébrales globales – les ondes alpha, bêta et thêta pendant l’éveil, et les ondes delta pendant le sommeil. Cependant, ces anomalies de “clignotement” remettent en question la compréhension existante de ces états distincts.
David Haussler, professeur de génie biomoléculaire à l’UCSC, a remarqué avec humour : « Il était surprenant pour nous, scientifiques, de découvrir que différentes parties de nos cerveaux prennent de courtes siestes pendant que le reste reste éveillé, bien que cela ne soit peut-être pas une nouvelle pour certains conjoints. »
Étude de quatre ans sur la tension des ondes cérébrales et l’activité des neurones chez les souris
Dans une étude complète de quatre ans impliquant une collecte intensive de données d’électrophysiologie, les chercheurs ont surveillé la tension des ondes cérébrales dans 10 régions du cerveau chez les souris. Ils ont minutieusement suivi l’activité neuronale à l’échelle de la microseconde sur plusieurs mois. En utilisant une analyse avancée de réseaux de neurones artificiels sur des pétaoctets de données, ils ont identifié des motifs et isolé des anomalies de microsecondes qui avaient échappé aux études humaines précédentes.
« Nous observons des informations à un niveau de détail sans précédent », a noté Haussler. « Les hypothèses précédentes suggéraient qu’aucune découverte significative n’émergerait à cette échelle, croyant que toutes les informations pertinentes résidaient dans les ondes de fréquence plus lente. Cependant, notre étude indique qu’en se concentrant sur des mesures à haute fréquence sur des périodes extrêmement courtes, nous pouvons discerner si le tissu est dans un état de sommeil ou d’éveil. Cette compréhension laisse entrevoir des processus à échelle rapide potentiellement sous-jacents aux mécanismes du sommeil. »
Les perspectives du machine learning sur les modèles d’activité cérébrale
En utilisant l’apprentissage automatique, les chercheurs ont examiné des intervalles de millisecondes d’activité cérébrale et ont identifié une activité rapide entre certains neurones dans une région spécifique, qui contredisait les ondes delta lentes traditionnellement associées au sommeil. Inversement, ils ont observé un schéma d’activité différent pendant les périodes conventionnellement définies comme l’éveil, qu’ils ont appelé « clignotements ».
« Nous avons éliminé toutes les informations traditionnelles sur lesquelles la neuroscience s’est reposée pour étudier et définir le sommeil au cours du siècle dernier, et avons demandé : ‘Le modèle peut-il encore apprendre dans ces conditions ?‘ », a expliqué David Parks, chercheur à UCSC. « Cela nous a permis d’explorer des signaux qui étaient auparavant mal compris. »
Essentiellement, les données ont indiqué qu’en période d’éveil, quelques neurones dans cette petite région du cerveau passaient en mode similaire au sommeil, tandis que le reste du cerveau fonctionnait normalement.
« Nous avons examiné les moments exacts où ces neurones s’activaient, montrant clairement qu’ils passaient à un état différent », a déclaré Aidan Schneider, chercheur à WashU. « Dans certains cas, ces clignotements étaient confinés à une région cérébrale individuelle, peut-être même plus petite. »
Réponses physiques pendant les micro-siestes de fraction de seconde
Les chercheurs ont ensuite étudié les réponses physiques observables pendant ces micro-siestes de fraction de seconde. Ils ont été surpris de voir que les souris semblaient se « déconnecter » brièvement pendant l’éveil et avaient des secousses pendant le sommeil à ces occurrences de « clignotement ».
« Nous avons observé des clignotements passant de l’éveil au REM, du REM au non-REM, et diverses autres combinaisons, défiant les attentes basées sur un siècle de littérature », a noté Hengen. « Ces découvertes révèlent le décalage entre l’état macro — sommeil et éveil au niveau de l’organisme entier — et l’unité fondamentale d’état dans le cerveau — les motifs rapides et localisés. »
Ces découvertes pourraient offrir de nouvelles perspectives sur les conditions liées aux troubles du sommeil, ouvrant potentiellement de nouvelles voies thérapeutiques pour les maladies neurodéveloppementales et neurodégénératives.
« Cela nous donne un outil potentiellement puissant pour disséquer ces questions sur les maladies et les troubles », a souligné Hengen. « Plus nous comprenons la nature fondamentale du sommeil et de l’éveil, mieux nous serons équipés pour relever les défis cliniques et liés aux maladies. »
Lisez l’article original sur : New Atlas
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