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Les cycles du sommeil et l’étonnante biochimie du cerveau qui rêve

Comment nos cerveaux fabriquent-ils les rêves ? Alors que notre corps s’adonne complètement au repos, des images et émotions assez intenses pour parfois nous (r)éveiller peuplent nos nuits. Grâce aux neurosciences, nous avons aujourd’hui une idée plus précise de ce qui se passe dans nos cerveaux quand nous dormons et rêvons. J’ai compilé dans cet article les connaissances actuelles sur les cycles du sommeil, l’histoire de leur découverte et les mécanismes neurochimiques du rêve.

Les cycles du sommeil

Une nuit « normale » se compose de 4 à 5 cycles de sommeil de 90 minutes environ. Chaque cycle est constitué de 4 stades réunis dans ce qui est appelé le « sommeil orthodoxe » et un cinquième stade connu sous le nom de « sommeil paradoxal », pendant lequel le cerveau produit la majorité des rêves. À mesure que la nuit s’avance, le sommeil orthodoxe est de plus en plus léger et court alors que les phases de sommeil paradoxal s’allongent. Cela explique pourquoi nous nous souvenons davantage des rêves matinaux et que beaucoup d’hommes se réveillent « triomphants » !

Caractéristiques des différents stades des cycles du sommeil

Le sommeil orthodoxe est constitué des 4 premiers stades des cycles du sommeil :

  • Stade 1 : C’est le sommeil très léger où l’on commence à se détendre et à se laisser aller. On entend les voix autour de nous de plus en plus loin sans avoir envie d’y répondre. L’activité électrique du cerveau ressemble à celle de l’état de veille. Le rythme est rapide et l’amplitude basse.
  • Stade 2 : Nous entrons dans le sommeil léger. Les bruits autour de nous restent audibles, mais deviennent incompréhensibles. Le rythme des ondes cérébrales ralentit à 5-7 Hz, entrecoupé d’ondes isolées de fréquence rapide (16 Hz) appelées spindles  ;
  • Stade 3 : Vient le sommeil lent profond. Tout le corps est détendu, la respiration ralentit, plus aucun bruit n’est perceptible. Des ondes delta, très lentes et de grande amplitude se mélangent à des spindles sur les écrans des électroencéphalogrammes ;
  • Stade 4 : Quand nous passons en sommeil très profond, nous sommes très difficiles à réveiller. Le corps se repose complètement, les défenses immunitaires se renforcent, le tri et la mémorisation des éléments importants de notre journée se font, on commence à rêver. Il ne reste que des ondes delta de 1 à 3 Hz (comme sur le tracé d’un coma).
  • Le sommeil paradoxal constitue le 5e stade d’un cycle du sommeil. Les ondes lentes disparaissent pour laisser place à une activité du cerveau rapide d’éveil alors que le tonus musculaire disparaît complètement. Alors que le cœur bat au ralenti, la température du corps baisse, le cerveau fonctionne au plus vite et au plus fort pendant cette phase d’où proviennent les rêves les plus intenses. D’où ce nom de paradoxal, décrivant un cerveau éveillé dans un corps endormi profondément. Ce stade du sommeil est aussi accompagné des mouvements oculaires rapides (REM rapid eyes movement pour les anglophones) et d’une érection.

Durée du sommeil paradoxal

Pendant le sommeil orthodoxe, toutes les 90 minutes, « une horloge dont on ignore tout » comme le souligne Jean-Didier Vincent dans Voyage extraordinaire au centre du cerveau, déclenche le sommeil paradoxal. Après une heure et demie de sommeil, la première période de sommeil paradoxal dure de 5 à 10 minutes. Cette durée augmente progressivement à l’issue de chaque cycle du sommeil, pouvant atteindre une heure entière lors du dernier du cycle.

Lors de ce stade paradoxal, différentes zones du cerveau s’activent, les structures limbiques mobilisent les souvenirs et créent les images des rêves. Avant d’explorer un peu plus les réactions biochimiques du rêve, je vous propose un petit retour dans l’histoire de cette découverte du cerveau rêveur.

Petite histoire dépoussiérante des cerveaux endormis

Eugene Aserinsky, étudiant à l’Université de Chicago dans les années 50, rêvait d’étudier la physiologie des organes. Il commença à travailler, à contrecœur dans un petit laboratoire étudiant le sommeil, domaine de recherche qu’il considérait comme « dominé par les psychologues, ces amateurs de science molle » aux côtés d’un scientifique du nom de Nathaniel Kleitman. Sa première tâche consista à observer les paupières des bébés au moment de l’endormissement pendant des semaines. Kleitman espérait contredire les affirmations d’un médecin qui prétendait pouvoir déterminer le moment précis d’endormissement d’une personne en surveillant ses clignements de paupières.

Après des heures d’observation, l’assistant se résolut à conclure impossible de distinguer les mouvements des paupières de ceux des globes oculaires. Mais son intuition le poussa à abandonner cette volonté de distinction et de continuer à étudier tous les mouvements des yeux pendant le sommeil. Kleitman, accepta bien qu’il pensait comme de nombreux scientifiques de l’époque que le cerveau s’arrêtait tout simplement de fonctionner pendant le sommeil.

Quelques mois plus tard, Aserinsky rendit compte de périodes de 20 minutes pendant lesquelles les paupières des bébés cessaient toute activité. La recherche fut élargie aux adultes.

Mouvements oculaires et rêves

Parallèlement, le jeune étudiant espérant s’appuyer sur ce projet pour sa thèse impliqua son fils dans ses travaux. À l’aide d’électrodes fixées sur son crâne reliées à un polygraphe (appareil d’enregistrement), il enregistra pour la première fois les ondes cérébrales et les mouvements des yeux de son cobaye endormi. Les ondulations régulières des premières phases du sommeil laissèrent place à des oscillations saccadées et rapides coïncidant avec l’apparition des mouvements oculaires.

Doutant d’abord de la machine, il confirma sa découverte en observant les cerveaux de différentes personnes venues dormir au laboratoire. Quatre à cinq fois par nuit, à intervalles réguliers, les cerveaux des dormeurs s’activaient comme s’ils se livraient à des activités telles que marcher, compter, parler… Ces phases correspondant aux périodes de mouvements des yeux furent nommées « mouvement oculaire rapide » (REM pour rapid eye movement).

Il se mit alors à réveiller les sujets à différents moments de la nuit en leur demandant s’ils se souvenaient d’un rêve. Les personnes sorties du sommeil en plein stade paradoxal étaient presque toujours capables de raconter le contenu d’un ou plusieurs rêves, contrairement à celles réveillées à d’autres moments de la nuit.

À la conquête du nouveau continent du sommeil paradoxal

Les résultats de cette étude furent publiés en 1953 dans la revue Science. Cette découverte ouvrit une nouvelle ère dans la recherche sur le sommeil et les rêves. C’est le physiologiste français Michel Jouvet qui découvrit réellement ce qui se passait durant cette phase et nomma le sommeil paradoxal dans les années 60. Cette découverte fut reconnue dans la neurobiologie comme la « découverte d’un nouveau continent ».

Le premier centre du sommeil fut fondé à Stanford en 1975 par William Dement, un autre scientifique, camarade d’études d’Eugene Aserinsky, devenu par la suite expert du sommeil. Stephen Laberge y poursuit depuis plus de 30 ans la recherche scientifique sur le rêve lucide. D’autres avancées techniques et de nombreuses études ont depuis contribué à révolutionner notre compréhension du phénomène des rêves.

La biochimie du cerveau qui rêve

Au cours du sommeil paradoxal, les conditions chimiques du cerveau sont parfaites pour susciter des visions psychédéliques. Voilà pourquoi les rêves nous paraissent extraordinairement étranges et vrais. Voyons en détail ce qui se passe.

Les parties du cerveau responsables des émotions se déchaînent

Quand nous rêvons, la concentration en dopamine augmente. Ce neurotransmetteur, associé principalement au plaisir et à la récompense joue également un rôle dans la motivation et la prise de risque.

Le taux d’acétylcholine augmente également. Impliqué dans la mémoire et l’apprentissage, ce neurotransmetteur inhibe la sécrétion d’adrénaline.

Le système limbique dans son ensemble (appelé aussi cerveau émotionnel) ainsi que les parties spécialement impliquées dans la régulation des émotions connaissent un pic d’activité.

Les zones cérébrales de la rationalité et du contrôle de soi sont atténuées

En même temps, les taux de noradrénaline et de sérotonine baissent. Ces deux hormones régulent l’attention, la vigilance, le contrôle de soi.

Le cortex préfrontal dorsolatéral siège de la pensée rationnelle et de la prise de décisions est également mis en sourdine.

Ainsi, le cinquième stade du sommeil appelé sommeil paradoxal constitue le support biologique du rêve. Le cerveau bloque et inhibe certaines fonctions d’éveil tout en en activant d’autres, provoquant des visions mêlant événements, souvenirs, émotions, désirs et peurs inconscientes. La fonction des rêves continue de faire l’objet d’inépuisables discussions. Je l’ai évoqué dans cet article et je songe approfondir le sujet prochainement. Mais peut-être avez-vous déjà un avis ou une expérience particulière du rêve à partager ?

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