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Tirer profit de son sommeil
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- 26 - Sciences et Avenir - Février 2014 - N° 804 DoSSier MédecineDOSSIER Dormir son comptant et aux bonnes heures est une cure de jouvence pour les neurones. On peut ainsi se servir d’un repos optimisé pour améliorer ses performances. Démonstration. Dossier réalisé par Elena Sender sommeil Tirer profit de son SA804_026-031NEW.indd 26 16/01/14 11:36
- N° 804 - Février 2014 - Sciences et Avenir - 27 DoSSier Médecine N° 802 - Décembre 2013 - Sciences et Avenir - 27 DOSSIER N° 804 - Février 2014 - Sciences et Avenir - 27 a Vitamines, compléments alimentaires, psychos-timulants… l’hiver venu, tout un arsenal pharmaceutique est mis en avant pour doper nos fonctions mentales censées être fatiguées. C’est ignorer que cha- cun — à condition de ne pas être insomniaque — est doté depuis sa naissance du plus efficace sti- mulant naturel, gratuit, agréable et sans effort : le sommeil. Ainsi, selon un sondage de l’Institut national du sommeil et de la vigi- lance (2012), 31 % des Français dormiraient moins de six heures par nuit, en deçà du seuil répa- rateur de sept heures minimum recommandé par la communauté médicale. Chacun aurait ainsi ten- dance à « rogner » petit à petit sur ses heures de repos, considérant que le sommeil, qui occupe un tiers de la vie, constitue une perte de temps. À tort ! Car il est désor- mais prouvé que la restriction chronique de sommeil entraîne des bouleversements au sein de l’organisme, jusqu’à modifier l’ex- pression de certains groupes de gènes impliqués dans le métabo- lisme (lire p. 28). « En situation de restriction de sommeil, la plupart des processus cognitifs se dégradent significativement selon le type de fonctions cognitives impliquées, du moment de la journée et de l’âge », explique Arnaud Rabat, docteur en neurosciences à l’Irba, l’Ins- titut de recherche biomédicale des armées (lire l’interview p. 30). « Les fonctions exécutives deman- dent une grosse concentration de nos ressources. Ainsi, si dormir moins n’affecte pas tant les proces- sus automatisés, il y a une véritable chute des performances des proces- sus contrôlés, comme l’attention, la prise de décision ou la mémorisa- tion », ajoute Philippe Peigneux, professeur titulaire de la chaire de neuropsychologie à l’Université libre de Bruxelles (ULB). Mais la bonne nouvelle est que les dernières recherches ont mis en évidence que l’inverse… est tout aussi vrai ! Ainsi, dormir son comptant de sommeil, aux bonnes heures (lire p. 32), est une cure de jouvence pour les neurones ! Mieux, on a aujourd’hui accu- mulé tant de connaissances sur les mécanismes du sommeil que 6 h par nuit le seuil en deçà duquel le sommeil n’est pas réparateur. 31 % des Français dorment entre deux et six heures par nuit en semaine. 29 % des Français s’estiment être du matin. 41 % du soir (Source : Institut du sommeil et de la vigilance, 2012.) lu c IE a n D S Im O n /p Ic t u R E ta n k SA804_026-031NEW.indd 27 16/01/14 11:36
- idée reçueidée reçue IDÉE REÇUE Hippocampe Acétylcholine ATPATP Adénosine ATP AdénosineAdénosine Oscillations courtes et rapides Réactivation et mémorisation Oscillations courtes et rapides Le cerveau reçoit les informations Il les transmet à l’hippocampe Sommeil lent légerSommeil lent légerÉveil Sommeil lent profond (SLP) de 60 à 75 minutes 90 minutes en moyenne UN CYCLE de 15 à 20 minutes Sommeil paradoxal Inter- médiaire Cycle suivant ou éveil N1 N2 N3 SP ou REM Thalamus N é o c o r t e x H ip p ocampe N é o c o r t e x Oscillations amples et lentes AcétylcholineAcétylcholine DOSSIER Médecine DOSSIER Médecine 28 - Sciences et Avenir - Février 2014 - N° 804 � l’on peut désormais apprendre à s’en servir pour en tirer le meilleur parti. L’idée que sommeil et fonctions cognitives a été évoquée dès 1924, dans une étude menée par John Jenkins et Karl Dallenbach, deux psychologues américains de l’université Cornell, à Ithaca, aux États-Unis. Après avoir demandé à deux étudiants d’apprendre des listes de syllabes sans signifi ca- tion par cœur, ils ont testé leur mémoire après une, deux, quatre ou huit heures d’éveil ou de som- meil. Les résultats ont montré que les étudiants oubliaient moins les syllabes apprises après une période de sommeil qu’après une période équivalente d’éveil. On pouvait donc déjà poser pour principe que, pour bien apprendre, il faut bien dormir. Ce n’est que des décennies plus tard, lorsqu’ont été déterminées les dif- férentes phases de sommeil, que les scientifi ques ont commencé à percevoir que tous les stades n’étaient pas équivalents pour consolider les apti- tudes. Pour rappel, le som- meil est une succession de quatre à six cycles de quatre-vingt-dix minutes en moyenne qui survient le plus souvent la nuit. Chaque cycle comprend quatre stades selon la nouvelle nomenclature américaine (voir l’infographie ci-contre), qui varient en durée au fur et à mesure que l’on se rapproche du lever : som- meil lent léger (stade N1 et N2), sommeil lent profond (SLP, stade N3), sommeil paradoxal (SP). Pendant ces phases, le cerveau produit di• érentes activités élec- triques, mesurées par éléctro- encéphalogramme (EEG). En début de nuit, on fait plus de som- meil lent profond, alors qu’en fi n de nuit le sommeil paradoxal est privilégié. Il y a vingt ans, la litté- rature scientifi que considérait le sommeil paradoxal comme le stade le plus important pour préserver les fonc- tions cognitives. Mais depuis dix ans, tout est remis en question. Quasiment tous les spé- cialistes s’accordent désor- mais sur le fait que le SLP est « le » grand stimulateur de nos fonctions cognitives. Et plusieurs études sont venues confi rmer son importance pour améliorer l’apprentissage. Le sommeil lent profond permet de mieux mémoriser Björn Rasch, professeur à l’uni- versité de Fribourg, en Suisse, a ainsi fait une belle démonstration publiée dans la revue Pnas (2012). Il a mené une expérience avec 30 participants ayant un som- meil régulier de plus de six heures par nuit. Équipés d’électrodes sur la tête, ils ont été divisés en trois groupes. À 21 h 30, le pre- mier groupe (16 personnes) a été invité à jouer à un jeu de mémo- risation de paires de cartes, avant d’aller se coucher à 23 h. Au bout de quarante minutes de sommeil — dûment mesuré par l’EEG — tous ont été réveillés. « Ces qua- rante minutes ne correspondent pas à un cycle complet, com- mente Björn Rasch. Il comprend des phases de sommeil lent léger et moins de vingt minutes de sommeil lent profond. Mais pas de sommeil paradoxal, qui arrive plus tard au cours de la nuit. » Le chercheur a alors proposé aux volontaires d’ef- fectuer une nouvelle tâche « afin de créer une interférence » avant de tenter de restituer les paires de cartes mémorisées avant de dor- mir. Le deuxième groupe (14 per- sonnes) a suivi le même protocole mais en ayant droit à quatre-vingt- dix minutes de sommeil, soit un cycle complet, comprenant qua- rante minutes de SLP et une très courte phase de sommeil para- doxal. Et les scores fi naux ont été PHYSIOLOGIE Obésité, diabète…, moins dormir bouleverse l’expression des gènes Dormir trop peu a des conséquences physiologiques importantes et variées. Les sujets dormant moins de cinq heures par nuit ont un risque d’obésité et de diabète de type 2 deux fois et demi plus élevé que ceux dormant plus de sept heures. Ils ont aussi un risque d’hypertension augmenté. Une équipe menée par Derk-Jan Dijk, de l’université du Surrey (Royaume-Uni) a ainsi démontré pour la première fois (Pnas, 2013) que la restriction de sommeil modifi e jusqu’à l’expression des gènes. 26 participants de 23 à 31 ans dormant en moyenne 8,2 heures par nuit ont été recrutés. Pendant deux sessions d’une semaine, ils ont pu faire soit de longues nuits, soit de courtes nuits (moins de six heures). À l’issue de celles-ci, ils ont subi une prise de sang et passé des tests. Leur transcriptome, c’est- à-dire l’ensemble des ARN messagers en circulation dans le sang, refl étant une bonne part de l’expression du génome, a été analysé. Et les résultats ne laissent pas place au doute. Un sommeil de moins de six heures entraîne de mauvais résultats aux tests comportementaux (vigilance, temps de réaction, performances cognitives) et l’expression de 711 gènes en est bouleversée. Ces gènes régulent pour certains le métabolisme (ce qui pourrait favoriser le diabète de type 2 et l’obésité). D’autres régulent les réponses infl ammatoires (impact possible sur la santé cardio-vasculaire). D’autres encore contrôlent le stress, le vieillissement et l’horloge circadienne. Reste à démontrer si l’individu, en rattrapant ce manque de sommeil, peut, ou non, remettre les choses en ordre sur le long terme… � SOMNIFÈRES Ils permettraient un sommeil récupérateur. Pas tant que cela. Certains suppriment la phase de sommeil lent profond — si bénéfi que —, d’autres le sommeil paradoxal. Des molécules qui préservent davantage les cycles naturels sont à l’étude. SA804_026-031.indd 28 15/01/14 12:08
- Hippocampe Acétylcholine ATPATP Adénosine ATP AdénosineAdénosine Oscillations courtes et rapides Réactivation et mémorisation Oscillations courtes et rapides Le cerveau reçoit les informations Il les transmet à l’hippocampe Sommeil lent légerSommeil lent légerÉveil Sommeil lent profond (SLP) de 60 à 75 minutes 90 minutes en moyenne UN CYCLE de 15 à 20 minutes Sommeil paradoxal Inter- médiaire Cycle suivant ou éveil N1 N2 N3 SP ou REM Thalamus N é o c o r t e x H ip p ocampe N é o c o r t e x Oscillations amples et lentes AcétylcholineAcétylcholine DOSSIER Médecine N° 804 - Février 2014 - Sciences et Avenir - 29 DOSSIER Médecine L’importance cruciale du sommeil lent profond Éveil : le cerveau stocke les informations Durant l’éveil, les neurones émettent des ondes courtes et rapides. Les informations reçues sont encodées de manière temporaire par l’hippocampe, grâce à un neuromédiateur, l’acétylcholine. Et ils larguent de l’adénosine, une molécule issue de la dégradation de l’ATP (adénosine triphosphate) qui leur donne l’énergie nécessaire. L’adénosine qui s’accumule sur les récepteurs des neurones tout au long de la journée provoque un ralentissement de leur activité et un besoin de dormir. La caféine, qui se fi xe sur les mêmes récepteurs, contre cet e„ et. Sommeil lent profond : régénérer et consolider ses souvenirs Lors de cette phase, l’adénosine est pompée par les neurones pour synthétiser de nouvelles réserves d’énergie sous forme d’ATP. Le cerveau fait son plein d’énergie et se régénère. Par ailleurs, le taux d’acétylcholine chute. Cela entraîne la synchronisation des neurones du néocortex. Ils se mettent à émettre tous en même temps des ondes amples et lentes. Le thalamus, lui, produit des ondes courtes et rapides. Ces phénomènes poussent l’hippocampe à faire l’inverse qu’à l’éveil. Il déstocke les informations, les trie et les envoie vers le néocortex pour un encodage à long terme. Ce qu’on appelle la « réactivation hippocampo-corticale », pivot central de la mémorisation et la gestion des informations nocturnes, selon un des modèles les plus populaires en tout cas. (D’après le modèle de J. Born Neuroscience & Biobehavior, Rev 2012.) B E T T Y L A F O N SA804_026-031.indd 29 15/01/14 12:08
- 30 - Sciences et Avenir - Février 2014 - N° 804 DoSSier Médecine DoSSier Médecine a sans appel : ceux ayant pu faire du sommeil lent profond ont bien mieux mémorisé (78 %) que les autres (52 %). « De plus, leur per- formance est parfaitement corrélée au temps qu’ils ont passé en som- meil lent profond », observe Björn Rasch. Le chercheur constate éga- lement qu’il faut un minimum de vingt minutes en SLP pour que le processus de consolida- tion de la mémoire s’enclenche. Ainsi pour bien mémoriser, le SLP est recommandé. Comment faire pour y parvenir ? S’endor- mir grosso modo à la même heure chaque soir, afin que le cerveau — habitué — enclenche aussitôt les premiers cycles riches en SLP. Les odeurs aident à apprendre en dormant Dans la journée, on peut aussi programmer une sieste, à condi- tion qu’elle soit d’au minimum quatre-vingt-dix minutes, pour être sûr d’atteindre cette phase assez longtemps (lire p. 34). On peut également envisager de pro- voquer artificiellement ce qui se passe dans le sommeil lent pro- fond. Ainsi, Lisa Marshall, de l’uni- versité de Lübeck en Allemagne, a-t-elle montré qu’en reproduisant dans le cerveau de volontaires les ondes du sommeil lent profond par stimulation transcranienne, on augmentait la consolidation de la mémoire (2006, Frontiers in Human Neuroscience). Mais Björn Rasch est allé encore plus loin. Le troisième groupe de son expérience (les 12 personnes restantes) a suivi le même proto- cole que le premier (sommeil de quarante minutes), à une excep- tion près. Pendant l’apprentissage des paires de cartes, les partici- pants ont respiré une odeur de rose. Cette même odeur a ensuite été diffusée durant leur sommeil. Et là, surprise : les participants ont atteint des scores de 84 % de recon- naissance exacte ! Supérieure donc au groupe qui avait dormi quatre- vingt-dix minutes. « La diffusion de l’odeur augmente l’efficacité du SLP, explique le chercheur. Cela aurait pu être un son aussi. Plus générale- ment, l’environnement dans lequel nous apprenons quelque chose est un facteur crucial. » Il est donc pos- sible d’améliorer artificiellement l’efficacité de l’apprentissage pen- dant le sommeil. En relisant par exemple une leçon de mathéma- tiques tout en respirant une odeur de citron, puis en s’endormant juste après avec cette même odeur. Dans ces cas-là, quarante minutes suffisent…Comment ce sommeil lent profond peut-il permettre de telles prouesses dans le cer- veau ? Des études, notamment a Pour bien mémoriser Il faut favoriser le sommeil lent profond, plus abondant en début de nuit, car il consolide la mémoire sémantique (connaissances générales). Pour cela, mieux vaut se coucher à heures régulières pour accumuler tous les jours le même besoin de sommeil, et donc faciliter la régulation des rythmes et la qualité du sommeil. Ou bien faire au moins 90 minutes de sieste dans l’après-midi. a Pour garder un esprit créatif Il faut favoriser le sommeil paradoxal, stade abondant surtout en fin de nuit. Et ce, en prolongeant une grasse matinée si c’est possible ou bien en faisant une sieste d’au moins 90 minutes le matin. a Pour réagir à l’imprévu Il faut avoir dormi le nombre d’heures nécessaire (déterminé par son chronotype), sinon la capacité de décision et réaction à l’imprévu est amoindrie. Une sieste peut aider à effacer la dette de sommeil nocturne. a Pour stimuler ses performances dans la journée Une courte sieste de 20 minutes en début d’après-midi rehausse le niveau des performances cognitives. Quelle est la différence entre manquer de sommeil de façon chronique et passer une nuit blanche ? Aucune ! Une réduction chronique, même modérée, du temps de sommeil peut avoir des conséquences comportementales importantes. Nous avons mené une étude sur 12 hommes de 20 à 37 ans qui n’ont dormi que quatre heures par nuit durant sept jours, puis ont été soumis à des tests cognitifs. Au 7e jour, ils avaient le même niveau de défaillance attentionnelle qu’après une nuit sans dormir ! Si l’on ne dort que six heures par nuit, cet état est atteint au bout de deux semaines. Toutes les fonctions cognitives sont-elles altérées ? Le manque de sommeil ne semble modifier le métabolisme que de certaines zones spécifiques du cerveau (cortex préfrontal notamment), et donc n’altérer que certaines fonctions cognitives. Les fonctions exécutives qui permettent l’adaptation à des situations nouvelles (inhibition motrice, mémoire de travail, flexibilité) semblent très altérées par le manque de sommeil. Les capacités plus automatisées semblent moins affectées. Est-on plus fatigué le soir ou le matin ? Les individus en dette chronique de sommeil semblent plus défaillants le matin (vers 9 h) que le soir. Vers 19 h, une sorte de « second souffle », peut-être dû à l’horloge biologique, favorise la lutte contre le besoin de sommeil. Certains résistent-ils mieux que d’autres ? Les individus de plus de 30 ans semblent mieux résister à une dette chronique de sommeil. Les plus jeunes, au cortex préfrontal moins mature, sont plus défaillants. De plus, les individus experts dans leur domaine — les pilotes de chasse par exemple — seraient mieux protégés, car ils pilotent en mode « automatique » en quelque sorte. Faire une grasse matinée permet-il de rattraper le manque de sommeil ? Dormir plus le week-end ne suffit pas pour récupérer ses capacités ! Nos sujets même après deux nuits de huit heures, voire trois, présentent des capacités attentionnelles exécutives altérées. Une dégradation cognitive lente semble s’installer. Seule bonne contre-mesure : dormir régulièrement et tenir compte de ses besoins quantitatifs de sommeil. Propos recueillis par E. S. interview ArnAud rAbAt ChEf DE PROjEt DANS L’UNIté fAtIgUE Et VIgILANCE, INStItUt DE REChERChE BIOMéDICALE DES ARMéES (IRBA) Plus on est jeune, moins on résiste Mode d’emploi pour être plus performant D r SA804_026-031.indd 30 15/01/14 12:08
- IDÉE REÇUE DOSSIER Médecine N° 804 - Février 2014 - Sciences et Avenir - 31 DOSSIER Médecine celle de Jan Born de l’université de Lübeck, ont explicité le méca- nisme qui se cache derrière cette mémorisation nocturne. À l’origine du sommeil lent pro- fond, il y a une chute du neuro- médiateur acétylcholine. Qui va entraîner une cascade de phéno- mènes électriques aboutissant à une réactivation des souvenirs (voir l’infographie p. 29). Au cœur du système, l’hippocampe, petite structure au centre du cerveau, impliqué dans la mémorisation. Pendant l’éveil, il stocke les infor- mations reçues. Pendant le som- meil lent profond, il les redistribue dans di„ érents endroits du cortex pour un stockage à long terme. Plus une personne doit mémo- riser de choses, plus sa phase de SLP est intense et profonde. Le cerveau en a même tellement besoin qu’en cas de restriction de sommeil — et donc de SLP —, il n’aura de cesse de le rattraper dès qu’il le peut, quitte à sauter les stades intermédiaires. Le sommeil paradoxal est primordial pour la créativité Mais si le rôle du SLP est aujourd’hui mis en lumière, le sommeil paradoxal, appelé aussi sommeil REM (Rapid Eye Move- ment), n’est pas pour autant écarté. Il serait primordial pour d’autres types de fonctions, notamment pour la créativité. Pour preuve, l’équipe de Sara Mednick, de l’uni- versité de Californie (Pnas, 2009), a soumis 77 volontaires de 18 à 35 ans à deux sessions de tests évaluant la capacité à faire des associations (syntaxiques, séman- tiques…) de mots. L’une avait lieu le matin, l’autre l’après-midi, entrecoupées d’un repos éveillé ou d’une sieste de quatre-vingt- dix minutes. Résultat : le sommeil améliore les scores aux tests d’as- sociation uniquement s’il contient du sommeil paradoxal, autrement dit du rêve. Et la chercheuse de conclure : « Ces découvertes vali- dent la recommandation du prix Nobel Friedrich August Kekule “Apprenons à rêver” ! » En cas de problème épineux à résoudre, rien de tel donc qu’un som- meil prolongé le matin — riche en sommeil para- doxal — ou une sieste d’au moins de quatre-vingt-dix minutes en première par- tie de journée. La réponse surgira peut-être au réveil. En cas d’émotions fortes, il faut aussi privilégier le sommeil. Jan Born a ainsi signé dans Neuro- biology of Learning and Memory (2013) une étude portant sur 16 jeunes volontaires invités à mémoriser 50 photos à contenu émotionnel négatif et 50 photos à contenu neutre avant de dormir trois heures, soit en début de nuit (davantage de SLP) ou en fi n de nuit (davantage de sommeil para- doxal). Résultats : « La mémorisa- tion des photos “émotionnelles” a été meilleure que celle des “neutres” après le sommeil paradoxal. » De bonnes nuits réduisent la charge émotionnelle Els van der Helm et Matthew Wal- ker, de l’université de Berkeley (États-Unis) ont fait, quant à eux, passer deux IRM fonctionnelles à 34 participants à douze heures d’intervalle comprenant ou non une nuit de sommeil (Current Bio- logy, 2011). Pendant qu’ils passaient l’IRMf, il était demandé aux volon- taires de noter l’intensité émo- tionnelle de 150 images négatives. Puis la même chose douze heures après. Observation : les sujets ayant dormi voient leur activité amyg- dalienne (réponse émotionnelle) diminuer devant les mêmes pho- tos. Et les notes d’évaluation néga- tives sont moins élevées. Les auteurs font l’hypothèse, en s’appuyant sur des travaux anté- rieurs, que le sommeil REM est à l’origine de cette réduction de la charge émotionnelle, mais ce n’est pas encore prouvé. L’équipe de Philippe Peigneux a reproduit l’expérience sur plusieurs nuits (Journal of Sleep Research, 2013) « Nous avons trouvé à ce jour que la charge émotionnelle diminue après quelques nuits de sommeil en effet, mais pas plus au cours d’une nuit avec beaucoup de sommeil REM que de non- REM ou vice versa », note-t- il. A„ aire à suivre donc. Quoi qu’il en soit, le mot d’ordre général est de respecter les rythmes habituels, son chrono- type, et d’éviter les dettes de som- meil. � E. S. SENIORS Ils dormiraient moins. En réalité, les personnes âgées dorment en moyenne le même nombre d’heures sur un jour mais compensent de plus courtes nuits par de petites siestes. � L’électroencéphalogramme permet de mettre en évidence les di� érentes phases de sommeil dans le cerveau du dormeur. B U R G E R / P H A N IE SA804_026-031.indd 31 15/01/14 12:08