Les secrets de Morphée
Photo Pascal Ratthé - L’application d’électrodes permet d’obtenir l’enregistrement de l’activité électrique du cerveau.
Les humains passent le tiers de leur existence à dormir. Durant ces nombreuses heures de relâche, l'organisme répare la mécanique corporelle et le cerveau assimile les apprentissages effectués durant la journée. Le sommeil est donc loin d'être une perte de temps. Les scientifiques découvrent peu à peu ce qui se passe durant ces longs moments où nous perdons contact avec la réalité.
Alors que nous tentons de rejoindre les bras de Morphée, notre système nerveux central réduit progressivement son activité pendant les 90 minutes qui suivent le coucher. La respiration s'apaise. Le rythme cardiaque et la circulation sanguine ralentissent. Le métabolisme basal et la température corporelle diminuent.
Nous traversons d'abord une phase de transition durant laquelle les idées continuent de vagabonder dans notre tête, précise Roger Godbout, professeur au département de psychiatrie de l'Université de Montréal et chercheur au Laboratoire du sommeil de Rivière-des-Prairies, ainsi qu'au Centre d'étude du sommeil de l'hôpital du Sacré-Coeur de Montréal. Cette période d'endormissement, nommée stade I, ne dure généralement que 10 à 20 minutes et ne monopolise que 5 % de la nuit totale de sommeil. Lui succède le stade II, ou sommeil lent léger, que l'on reconnaît aux bouffées d'ondes lentes qui apparaissent sur le tracé de l'électroencéphalogramme, l'enregistrement de l'activité électrique du cerveau que l'on obtient par l'application d'électrodes sur le cuir chevelu. « Lorsqu'une personne a atteint le stade II, elle est vraiment endormie puisque si on la réveille durant cette phase, elle confirme qu'elle dormait », souligne le chercheur.
Au bout de 40 à 50 minutes, nous entrons dans un sommeil lent profond (stades III et IV), qualifié ainsi parce que le réveil y est plus difficile et que nous sommes souvent confus quand nous émergeons de cette phase, toutes nos fonctions vitales étant ralenties, y compris la circulation sanguine.
Puis, soudainement, environ 90 minutes après avoir posé la tête sur l'oreiller, le système nerveux s'emballe et retrouve une activité comparable à celle de l'éveil. Le coeur bat la chamade et son rythme est ponctué de pauses. La respiration, aussi, est très irrégulière. Tout se passe en effet comme si nous étions éveillés sauf que la plupart de nos muscles sont paralysés, d'où l'expression de sommeil paradoxal qu'ont adoptée de nombreux scientifiques pour désigner ce cinquième stade durant lequel surviennent la majorité des rêves.
D'autres le nomment plutôt REM Sleep — pour Rapid Eye Movements — car les yeux bougent par saccades durant cet épisode très particulier du sommeil. Suivent-ils la scène onirique ? Rien n'est moins sûr, affirment les scientifiques, qui ont remarqué que les tympans vibrent aussi au cours du sommeil paradoxal. Les muscles de l'oreille moyenne se contractent fébrilement par bouffées, comme s'ils percevaient des sons, et ce, même si le cerveau est fermé au monde extérieur. « L'activité cérébrale qui est observée durant le sommeil paradoxal se met en branle de façon tout à fait autonome, explique Roger Godbout. Le cortex est bombardé d'informations provenant de ces organes sensoriels générant leur propre activité et qui suscitent des pseudo-sensations puisqu'il s'agit d'évocations d'une pseudo-réalité. »
Étant donné que les régions responsables des émotions et de la mémoire — soit l'amygdale, l'hippocampe et certaines aires du cortex cérébral — sont activées, certains neurobiologistes supposent que nous irions piger dans notre banque d'émotions et de souvenirs ce qui s'apparente le plus aux pseudo-sensations qui sont projetées sur le cortex, ajoute le spécialiste.
Mais pourquoi tant d'animation durant cette phase du sommeil ?
L'une des fonctions du sommeil paradoxal est de stimuler le système nerveux central (SNC) afin d'en favoriser le développement, affirme le psychologue. Chez le nouveau-né, le SNC n'est pas mature et le sommeil paradoxal servirait à l'activer périodiquement pour que s'établissent les contacts entre les cellules nerveuses. « Les synapses [les contacts entre les neurones] se forment avec la pratique. Et pour que les neurones trouvent leur cible, il faut que le SNC soit en activité », précise-t-il. C'est pourquoi la quantité de sommeil paradoxal chez le nourrisson représente 50 % du temps de sommeil alors que chez l'adulte, elle se limite à 20 %.
Le sommeil paradoxal sert aussi à emmagasiner les connaissances acquises durant la journée. Si on fait apprendre à un rat de laboratoire le bon passage à emprunter à travers un labyrinthe, son taux de sommeil paradoxal par heure de sommeil sera augmenté dans les heures qui suivent l'expérience. « Plus la charge d'apprentissage est importante, plus le rebond de sommeil paradoxal arrivera rapidement et sera long », indique M. Godbout. Si, par exemple, on soumet le rat à quatre séries de 25 essais à travers les labyrinthes, il aura un rebond de sommeil paradoxal huit à douze heures plus tard. Si on regroupe les 100 essais en une seule session, ce rebond surviendra dans les quatre premières heures de sommeil.
Ce phénomène s'observe aussi chez les humains. Le psychologue Joseph De Koninck de l'Université d'Ottawa, qui a étudié le sommeil d'étudiants en classe d'immersion de langue seconde, a ainsi remarqué que les élèves qui apprenaient bien et abondamment traversaient une plus longue période de sommeil paradoxal que les sujets contrôles. Et lorsque ces mêmes étudiants maîtrisaient les rudiments de la langue, leur sommeil paradoxal revenait à des proportions normales dans les nuits suivantes.
Dans une autre expérience consistant à faire porter à des individus des verres qui inversent le champ visuel, les chercheurs ont également noté un accroissement de la portion de sommeil paradoxal dans les nuits suivant l'expérience chez ces personnes qui devaient s'habituer à un nouvel environnement, et ainsi réapprendre à marcher et à manger.
Inversement, un déficit en sommeil paradoxal compromet l'apprentissage de tâches complexes, ajoute Roger Godbout. Les chercheurs ont en effet constaté que les rats ayant été privés de sommeil paradoxal ne réussissaient pas à maîtriser les tâches qui sollicitent la participation des lobes frontaux, ces structures du cortex cérébral qui permettent l'utilisation de règles générales pour résoudre de nouveaux problèmes. Lorsqu'on plonge un rat dans une piscine qui renferme une plate-forme immergée, il comprend très vite qu'elle existe et la repère assez rapidement au cours des essais suivants, et ce, qu'il ait été privé de sommeil paradoxal ou pas, explique le scientifique. Si, par ailleurs, on alterne l'emplacement de la plate-forme à chaque essai, le rat dont on a écourté le sommeil paradoxal échoue à cette tâche plus complexe, à l'instar des animaux qui ont subi une lésion du cortex frontal. Par contre, les rats n'ayant pas manqué de sommeil paradoxal s'en sortent très bien.
Dans le but de mimer les effets du stress, de l'alcool ou des carences alimentaires — trois facteurs qui écourtent le sommeil paradoxal — durant la grossesse chez l'humain, les chercheurs ont privé de sommeil paradoxal des rates en gestation. Ils ont ensuite relevé que les ratons nés de ces femelles n'apprenaient pas aussi bien que les petits issus de rates maintenues dans des conditions équivalentes mais dont le sommeil paradoxal n'avait pas été entravé.
Selon le Français Michel Jouvet, pionnier de la recherche sur le sommeil, le stade associé au sommeil paradoxal servirait aussi à activer les ensembles de neurones qui commandent les comportements de survie de l'espèce afin d'en préserver l'efficacité. Lorsqu'il a détruit chez le chat la structure du cerveau qui provoque la paralysie de la plupart des muscles durant le sommeil paradoxal, le chercheur a été surpris de voir l'animal manifester des comportements d'attaque, de fuite et d'alimentation au moment où débutait son sommeil paradoxal. « La répétition de ces comportements au niveau du cerveau fait en sorte qu'un chat qui est élevé et gardé en ville, par exemple, réussira toujours à chasser une souris s'il se retrouve dans un environnement sauvage parce qu'il se sera pratiqué toutes les nuits à le faire », explique Roger Godbout.
Pendant longtemps, on s'est demandé si ce phénomène existait également chez l'homme, poursuit Michel Jouvet. Or certains médecins ont vu arriver dans leur cabinet de gros buveurs de bière âgés d'une soixantaine d'années, le bras en écharpe et accompagnés de leur épouse qui avait un énorme cocard sur l'oeil et se plaignait du comportement pour le moins étrange de leur mari durant la nuit. Celui-ci se précipitait soudainement sur elle et la rouait de coups en pleine nuit, racontaient les dames. « Lorsqu'on a enregistré le sommeil de ces messieurs, on a vu exactement le même phénomène que chez le chat, explique Michel Jouvet. Quand on les réveillait, ils affirmaient être en train de se battre contre un ours. » Il s'agit d'une maladie, appelée trouble comportemental en sommeil paradoxal, qui affecte la région du cerveau qui orchestre la paralysie des muscles durant le stade de sommeil REM, indique Roger Godbout. Les personnes qui en sont atteintes tentent de fuir, de se défendre contre des agresseurs inexistants, comme si elles vivaient leur rêve.
Quant au sommeil lent profond, il sert à restaurer les fonctions corporelles et physiques. Durant cette phase réparatrice du sommeil, l'organisme sécrète l'hormone de croissance et accroît la synthèse de protéines dans divers tissus, tandis que le système immunitaire se met en branle. C'est la raison pour laquelle le sommeil lent profond s'allonge énormément lorsqu'on est fiévreux, souligne M. Godbout.
C'est aussi la durée de ce stade qui s'allonge lorsque nous sommes privés de sommeil. Lors de la nuit de récupération, le sommeil lent profond (stades III et IV) se prolonge au détriment du sommeil lent et plus léger des stades I et II. « Le sommeil paradoxal n'augmente pas nécessairement ; c'est seulement deux nuits plus tard, s'il a subi une perte significative, qu'il y aura un petit rebond », précise le scientifique avant d'ajouter que la quantité de sommeil lent profond diminue avec l'âge, et ce, dès l'adolescence. À 60 ans, cette phase de sommeil est de très courte durée, ce qui expliquerait que l'on soit malade plus souvent.
La séquence complète des cinq stades de sommeil dure entre 90 et 120 minutes. Mais la proportion de ces différentes phases du cycle, qui se répète quatre ou cinq fois par nuit de sommeil, varie à mesure que la nuit passe. À leur début, les stades III et IV du sommeil lent profond sont très longs afin de régénérer les tissus et de restaurer les fonctions physiques, indique le psychologue.
Le sommeil paradoxal ne dure que cinq minutes au cours du premier cycle tandis qu'en fin de nuit, il pourra s'étendre sur 40 à 50 minutes, monopolisant ainsi 20 à 25 % de la nuit de sommeil. À mesure que la nuit avance, la quantité de sommeil lent profond diminue alors que celle de sommeil paradoxal s'accroît.
La durée du sommeil varie d'une personne à l'autre, « comme la pointure des chaussures », souligne Roger Godbout. Il y a des oiseaux de nuit qui ne dorment que quatre heures par jour sans pour autant souffrir d'insomnie, tandis que d'autres ont besoin de plus de dix heures de sommeil. Loin d'être paresseux, Albert Einstein, qui roupillait en moyenne 11 heures par nuit, était de ceux-là.
Petits et grands dormeurs présentent toutefois la même durée de sommeil lent profond et de sommeil paradoxal. Ce sont plutôt les stades I et II qui varient d'une personne à l'autre, et donc qui seront amputés chez les petits dormeurs, précise le chercheur.
Pour dormir tranquille
Une nouvelle exposition consacrée au sommeil a pris l'affiche hier au Musée des sciences de Montréal, dans le Vieux-Port. Du bâillement au rêve en passant par le somnambulisme, le « pipi au lit » et les cauchemars, tous ces phénomènes et problèmes associés au sommeil sont abordés à l'aide de bornes interactives qui sauront captiver l'attention des petits comme des grands. Les insomniaques y trouveront des trucs pour apprivoiser les bras de Morphée et les grands dormeurs découvriront ce qui se passe dans leur tête et leur corps durant ces longues heures où la réalité leur échappe. Jusqu'au 13 septembre 2004 au Centre des sciences de Montréal, quai King-Edward, Vieux-Port de Montréal.
Alors que nous tentons de rejoindre les bras de Morphée, notre système nerveux central réduit progressivement son activité pendant les 90 minutes qui suivent le coucher. La respiration s'apaise. Le rythme cardiaque et la circulation sanguine ralentissent. Le métabolisme basal et la température corporelle diminuent.
Nous traversons d'abord une phase de transition durant laquelle les idées continuent de vagabonder dans notre tête, précise Roger Godbout, professeur au département de psychiatrie de l'Université de Montréal et chercheur au Laboratoire du sommeil de Rivière-des-Prairies, ainsi qu'au Centre d'étude du sommeil de l'hôpital du Sacré-Coeur de Montréal. Cette période d'endormissement, nommée stade I, ne dure généralement que 10 à 20 minutes et ne monopolise que 5 % de la nuit totale de sommeil. Lui succède le stade II, ou sommeil lent léger, que l'on reconnaît aux bouffées d'ondes lentes qui apparaissent sur le tracé de l'électroencéphalogramme, l'enregistrement de l'activité électrique du cerveau que l'on obtient par l'application d'électrodes sur le cuir chevelu. « Lorsqu'une personne a atteint le stade II, elle est vraiment endormie puisque si on la réveille durant cette phase, elle confirme qu'elle dormait », souligne le chercheur.
Au bout de 40 à 50 minutes, nous entrons dans un sommeil lent profond (stades III et IV), qualifié ainsi parce que le réveil y est plus difficile et que nous sommes souvent confus quand nous émergeons de cette phase, toutes nos fonctions vitales étant ralenties, y compris la circulation sanguine.
Puis, soudainement, environ 90 minutes après avoir posé la tête sur l'oreiller, le système nerveux s'emballe et retrouve une activité comparable à celle de l'éveil. Le coeur bat la chamade et son rythme est ponctué de pauses. La respiration, aussi, est très irrégulière. Tout se passe en effet comme si nous étions éveillés sauf que la plupart de nos muscles sont paralysés, d'où l'expression de sommeil paradoxal qu'ont adoptée de nombreux scientifiques pour désigner ce cinquième stade durant lequel surviennent la majorité des rêves.
D'autres le nomment plutôt REM Sleep — pour Rapid Eye Movements — car les yeux bougent par saccades durant cet épisode très particulier du sommeil. Suivent-ils la scène onirique ? Rien n'est moins sûr, affirment les scientifiques, qui ont remarqué que les tympans vibrent aussi au cours du sommeil paradoxal. Les muscles de l'oreille moyenne se contractent fébrilement par bouffées, comme s'ils percevaient des sons, et ce, même si le cerveau est fermé au monde extérieur. « L'activité cérébrale qui est observée durant le sommeil paradoxal se met en branle de façon tout à fait autonome, explique Roger Godbout. Le cortex est bombardé d'informations provenant de ces organes sensoriels générant leur propre activité et qui suscitent des pseudo-sensations puisqu'il s'agit d'évocations d'une pseudo-réalité. »
Étant donné que les régions responsables des émotions et de la mémoire — soit l'amygdale, l'hippocampe et certaines aires du cortex cérébral — sont activées, certains neurobiologistes supposent que nous irions piger dans notre banque d'émotions et de souvenirs ce qui s'apparente le plus aux pseudo-sensations qui sont projetées sur le cortex, ajoute le spécialiste.
Mais pourquoi tant d'animation durant cette phase du sommeil ?
L'une des fonctions du sommeil paradoxal est de stimuler le système nerveux central (SNC) afin d'en favoriser le développement, affirme le psychologue. Chez le nouveau-né, le SNC n'est pas mature et le sommeil paradoxal servirait à l'activer périodiquement pour que s'établissent les contacts entre les cellules nerveuses. « Les synapses [les contacts entre les neurones] se forment avec la pratique. Et pour que les neurones trouvent leur cible, il faut que le SNC soit en activité », précise-t-il. C'est pourquoi la quantité de sommeil paradoxal chez le nourrisson représente 50 % du temps de sommeil alors que chez l'adulte, elle se limite à 20 %.
Le sommeil paradoxal sert aussi à emmagasiner les connaissances acquises durant la journée. Si on fait apprendre à un rat de laboratoire le bon passage à emprunter à travers un labyrinthe, son taux de sommeil paradoxal par heure de sommeil sera augmenté dans les heures qui suivent l'expérience. « Plus la charge d'apprentissage est importante, plus le rebond de sommeil paradoxal arrivera rapidement et sera long », indique M. Godbout. Si, par exemple, on soumet le rat à quatre séries de 25 essais à travers les labyrinthes, il aura un rebond de sommeil paradoxal huit à douze heures plus tard. Si on regroupe les 100 essais en une seule session, ce rebond surviendra dans les quatre premières heures de sommeil.
Ce phénomène s'observe aussi chez les humains. Le psychologue Joseph De Koninck de l'Université d'Ottawa, qui a étudié le sommeil d'étudiants en classe d'immersion de langue seconde, a ainsi remarqué que les élèves qui apprenaient bien et abondamment traversaient une plus longue période de sommeil paradoxal que les sujets contrôles. Et lorsque ces mêmes étudiants maîtrisaient les rudiments de la langue, leur sommeil paradoxal revenait à des proportions normales dans les nuits suivantes.
Dans une autre expérience consistant à faire porter à des individus des verres qui inversent le champ visuel, les chercheurs ont également noté un accroissement de la portion de sommeil paradoxal dans les nuits suivant l'expérience chez ces personnes qui devaient s'habituer à un nouvel environnement, et ainsi réapprendre à marcher et à manger.
Inversement, un déficit en sommeil paradoxal compromet l'apprentissage de tâches complexes, ajoute Roger Godbout. Les chercheurs ont en effet constaté que les rats ayant été privés de sommeil paradoxal ne réussissaient pas à maîtriser les tâches qui sollicitent la participation des lobes frontaux, ces structures du cortex cérébral qui permettent l'utilisation de règles générales pour résoudre de nouveaux problèmes. Lorsqu'on plonge un rat dans une piscine qui renferme une plate-forme immergée, il comprend très vite qu'elle existe et la repère assez rapidement au cours des essais suivants, et ce, qu'il ait été privé de sommeil paradoxal ou pas, explique le scientifique. Si, par ailleurs, on alterne l'emplacement de la plate-forme à chaque essai, le rat dont on a écourté le sommeil paradoxal échoue à cette tâche plus complexe, à l'instar des animaux qui ont subi une lésion du cortex frontal. Par contre, les rats n'ayant pas manqué de sommeil paradoxal s'en sortent très bien.
Dans le but de mimer les effets du stress, de l'alcool ou des carences alimentaires — trois facteurs qui écourtent le sommeil paradoxal — durant la grossesse chez l'humain, les chercheurs ont privé de sommeil paradoxal des rates en gestation. Ils ont ensuite relevé que les ratons nés de ces femelles n'apprenaient pas aussi bien que les petits issus de rates maintenues dans des conditions équivalentes mais dont le sommeil paradoxal n'avait pas été entravé.
Selon le Français Michel Jouvet, pionnier de la recherche sur le sommeil, le stade associé au sommeil paradoxal servirait aussi à activer les ensembles de neurones qui commandent les comportements de survie de l'espèce afin d'en préserver l'efficacité. Lorsqu'il a détruit chez le chat la structure du cerveau qui provoque la paralysie de la plupart des muscles durant le sommeil paradoxal, le chercheur a été surpris de voir l'animal manifester des comportements d'attaque, de fuite et d'alimentation au moment où débutait son sommeil paradoxal. « La répétition de ces comportements au niveau du cerveau fait en sorte qu'un chat qui est élevé et gardé en ville, par exemple, réussira toujours à chasser une souris s'il se retrouve dans un environnement sauvage parce qu'il se sera pratiqué toutes les nuits à le faire », explique Roger Godbout.
Pendant longtemps, on s'est demandé si ce phénomène existait également chez l'homme, poursuit Michel Jouvet. Or certains médecins ont vu arriver dans leur cabinet de gros buveurs de bière âgés d'une soixantaine d'années, le bras en écharpe et accompagnés de leur épouse qui avait un énorme cocard sur l'oeil et se plaignait du comportement pour le moins étrange de leur mari durant la nuit. Celui-ci se précipitait soudainement sur elle et la rouait de coups en pleine nuit, racontaient les dames. « Lorsqu'on a enregistré le sommeil de ces messieurs, on a vu exactement le même phénomène que chez le chat, explique Michel Jouvet. Quand on les réveillait, ils affirmaient être en train de se battre contre un ours. » Il s'agit d'une maladie, appelée trouble comportemental en sommeil paradoxal, qui affecte la région du cerveau qui orchestre la paralysie des muscles durant le stade de sommeil REM, indique Roger Godbout. Les personnes qui en sont atteintes tentent de fuir, de se défendre contre des agresseurs inexistants, comme si elles vivaient leur rêve.
Quant au sommeil lent profond, il sert à restaurer les fonctions corporelles et physiques. Durant cette phase réparatrice du sommeil, l'organisme sécrète l'hormone de croissance et accroît la synthèse de protéines dans divers tissus, tandis que le système immunitaire se met en branle. C'est la raison pour laquelle le sommeil lent profond s'allonge énormément lorsqu'on est fiévreux, souligne M. Godbout.
C'est aussi la durée de ce stade qui s'allonge lorsque nous sommes privés de sommeil. Lors de la nuit de récupération, le sommeil lent profond (stades III et IV) se prolonge au détriment du sommeil lent et plus léger des stades I et II. « Le sommeil paradoxal n'augmente pas nécessairement ; c'est seulement deux nuits plus tard, s'il a subi une perte significative, qu'il y aura un petit rebond », précise le scientifique avant d'ajouter que la quantité de sommeil lent profond diminue avec l'âge, et ce, dès l'adolescence. À 60 ans, cette phase de sommeil est de très courte durée, ce qui expliquerait que l'on soit malade plus souvent.
La séquence complète des cinq stades de sommeil dure entre 90 et 120 minutes. Mais la proportion de ces différentes phases du cycle, qui se répète quatre ou cinq fois par nuit de sommeil, varie à mesure que la nuit passe. À leur début, les stades III et IV du sommeil lent profond sont très longs afin de régénérer les tissus et de restaurer les fonctions physiques, indique le psychologue.
Le sommeil paradoxal ne dure que cinq minutes au cours du premier cycle tandis qu'en fin de nuit, il pourra s'étendre sur 40 à 50 minutes, monopolisant ainsi 20 à 25 % de la nuit de sommeil. À mesure que la nuit avance, la quantité de sommeil lent profond diminue alors que celle de sommeil paradoxal s'accroît.
La durée du sommeil varie d'une personne à l'autre, « comme la pointure des chaussures », souligne Roger Godbout. Il y a des oiseaux de nuit qui ne dorment que quatre heures par jour sans pour autant souffrir d'insomnie, tandis que d'autres ont besoin de plus de dix heures de sommeil. Loin d'être paresseux, Albert Einstein, qui roupillait en moyenne 11 heures par nuit, était de ceux-là.
Petits et grands dormeurs présentent toutefois la même durée de sommeil lent profond et de sommeil paradoxal. Ce sont plutôt les stades I et II qui varient d'une personne à l'autre, et donc qui seront amputés chez les petits dormeurs, précise le chercheur.
Pour dormir tranquille
Une nouvelle exposition consacrée au sommeil a pris l'affiche hier au Musée des sciences de Montréal, dans le Vieux-Port. Du bâillement au rêve en passant par le somnambulisme, le « pipi au lit » et les cauchemars, tous ces phénomènes et problèmes associés au sommeil sont abordés à l'aide de bornes interactives qui sauront captiver l'attention des petits comme des grands. Les insomniaques y trouveront des trucs pour apprivoiser les bras de Morphée et les grands dormeurs découvriront ce qui se passe dans leur tête et leur corps durant ces longues heures où la réalité leur échappe. Jusqu'au 13 septembre 2004 au Centre des sciences de Montréal, quai King-Edward, Vieux-Port de Montréal.
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