Un cerveau qui fait le ménage

Depuis plus de vingt ans, les chercheurs défendent l'hypothèse dite de "l'homéostasie synaptique". "Quand nous sommes éveillés, nous apprenons constamment de nouvelles choses. Cet apprentissage renforce les connexions entre les neurones, ce qui est une bonne chose, mais ces synapses coûtent énormément d'énergie, explique Chiara Cirelli, neuroscientifique à l'Université du Wisconsin-Madison, qui a dirigé l'étude. Si ces connexions continuaient à augmenter sans limite, le cerveau finirait par saturer et nous ne pourrions plus apprendre efficacement."

Le sommeil agirait alors comme une opération de maintenance. Les connexions les plus utiles seraient consolidées afin de préserver les souvenirs importants, tandis que les moins pertinentes seraient affaiblies. Cette "remise à zéro" partielle permettrait au cerveau de retrouver sa capacité d'apprentissage tout en optimisant son fonctionnement.

Jusqu'à présent, une question demeurait toutefois ouverte : ces fameuses oscillations lentes sont-elles simplement une conséquence du sommeil, ou constituent-elles le véritable moteur de ce processus de régénération ?

Des souris éveillées… mais un cerveau localement endormi

Pour tenter d'y répondre, les chercheurs de l'étude américaine ont imaginé une expérience originale. Grâce à des techniques sophistiquées d'optogénétique qui permettent d'activer ou d'inhiber certains neurones à l'aide de la lumière, ils ont reproduit artificiellement ces alternances d'activité et de silence dans une petite région du cerveau de souris privées de sommeil. Les animaux restaient alors parfaitement éveillés et continuaient d'interagir avec leur environnement ; seule une portion limitée de leur cortex adoptait temporairement une activité ressemblant à celle observée pendant le sommeil profond.

Les régions stimulées semblaient ensuite avoir moins besoin de récupérer pendant le sommeil suivant, comme si elles avaient déjà effectué une partie du travail habituellement réalisé durant la nuit. "Honnêtement, je ne m'attendais pas à un résultat aussi net", confie Chiara Cirelli. "Je pensais qu'il fallait retrouver tout l'environnement chimique du cerveau endormi pour obtenir les bénéfices du sommeil. Finalement, le simple fait d'imposer ce rythme d'activité aux neurones semble suffire."

Plus étonnant encore, les souris soumises à cette stimulation retrouvaient des performances de mémoire comparables à celles d'animaux ayant bénéficié d'un sommeil normal. À l'inverse, une simple diminution de l'activité des neurones, sans reproduire ce rythme caractéristique, n'apportait aucun bénéfice. Ce n'est donc pas le fait que les neurones travaillent moins qui semble essentiel, mais bien la manière très précise dont leur activité alterne entre phases "on" et phases "off".

Vers des thérapies pour compenser le manque de sommeil ?

Ces résultats ne signifient évidemment pas que l'on pourra bientôt remplacer une nuit de sommeil par quelques minutes de stimulation cérébrale. Les expériences reposent sur des manipulations invasives qui ne sont pas envisageables chez l'être humain.

Les scientifiques restent néanmoins confiants sur la portée de leurs résultats. "Les mécanismes cérébraux à l'origine de ces oscillations lentes sont très similaires chez les souris et les humains. Nous avons donc de bonnes raisons de penser que ces résultats pourraient être transposables à l'Homme", estime Chiara Cirelli.

"Je ne crois pas que l'on pourra remplacer le sommeil, insiste toutefois la chercheuse. Pour fonctionner normalement, le cerveau doit aussi se déconnecter de son environnement. Nous avons montré qu'une petite région pouvait bénéficier localement de ce mécanisme, mais cela ne signifie pas que l'on puisse se passer d'une vraie nuit de sommeil."

En revanche, ces travaux ouvrent une nouvelle piste de recherche. Plusieurs équipes explorent déjà des techniques de stimulation cérébrale non invasives susceptibles de reproduire ces oscillations lentes. Si elles s'avéraient efficaces chez l'humain, elles pourraient un jour aider à limiter les conséquences cognitives du manque de sommeil chez certaines personnes, notamment les travailleurs de nuit, les patients souffrant de troubles du sommeil ou de maladies neurologiques.

Pour Chiara Cirelli, la prochaine étape sera justement de déterminer si ces effets peuvent être reproduits chez l'être humain. "C'est une perspective enthousiasmante, mais il faut rester prudent. Nous sommes encore très loin de pouvoir remplacer une bonne nuit de sommeil."