Pour la première fois, des chercheurs de l'Inserm ont réussi à filmer un cerveau, en l’occurence celui d’un rat, pendant le sommeil et à enregistrer son activité. Ils ont couplé la technique d’électroencéphalographie (EEG), qui enregistre l’activité électrique des neurones, avec une technique d’imagerie par ultrasons ultrarapides appelée fUS (pour functional ultrasound). Cette technique innovante permet de visualiser avec une grande précision les variations des flux sanguins liés à l’activité neuronale dans l’ensemble du cerveau de rats éveillés et en mouvement. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.

Le sommeil paradoxal, une phase à fort débit sanguin

Les chercheurs se sont particulièrement intéressés au sommeil paradoxal, phase pendant laquelle l’activité cérébrale est similaire à celle de l’éveil tout en étant associée à une inhibition de l’activité musculaire. Il se caractérise notamment par des mouvements oculaires rapides et a longtemps été considéré comme uniquement impliqué dans les rêves et les processus émotionnels. Mais de récentes études ont montré qu’il jouait également un rôle majeur dans la plasticité neuronale de l’hippocampe, c’est-à-dire la capacité des neurones à reconfigurer leurs connexions.

Les résultats ont montré une forte augmentation du débit sanguin dans le cerveau pendant la phase de sommeil paradoxal. Cette augmentation se caractérise par des vagues qui atteignent d’abord les régions sous-corticales et se déplacent ensuite le long de l’hippocampe puis du cortex. En comparaison, les phases de sommeil non-paradoxal et de réveil présentent des volumes sanguins cérébraux relativement bas. Les scientifiques ont également constaté qu’il existe, durant le sommeil paradoxal, une synchronisation vasculaire entre des aires cérébrales éloignées les unes des autres (cortex, hippocampe, et thalamus) bien plus important que dans tout autre état de sommeil ou d’éveil.

Un fort débit sanguin et un signal électrique

L’hyperactivité sanguine pendant le sommeil paradoxal se caractérise par deux phases : l’une proche de ce qui est observé lors d’un enregistrement chez un rat en activité, et l’autre inconnue jusqu’alors, composée d’augmentations soudaines du débit sanguin que les chercheurs appellent "poussées vasculaires". Celles-ci durent entre 5 et 30 secondes mais peuvent perdurer pendant 1 minute dans les régions corticales et sont particulièrement puissantes dans l’hippocampe.

Durant ces moments de pics d’augmentation du débit sanguin, les chercheurs ont réussi à identifier un signal électrique dans l’hippocampe similaire à celui que l’on peut observer chez un rat éveillé. Une corrélation qui a rapidement attiré l’attention des chercheurs. "Cette information est cruciale", précise Antoine Bergel, co-auteur de l’étude. "Elle permet de cibler des régions du cerveau très précises potentiellement impliquées dans la genèse de ces événements vasculaires intenses."

Ces travaux présentent une forte avancée pour la recherche en neurosciences. Cependant, la technique fUS utilisée chez le rat est pour l’instant difficilement applicable chez l’être humain adulte. En attendant, ces résultats permettent de mieux comprendre le lien entre activité cérébrale et vasculaire, phénomène impliqué dans nombre de pathologies humaines comme les accidents vasculaires cérébraux ou l’épilepsie. La fonction de la phase paradoxale du sommeil reste, quant à elle, inconnue.