Aujourd’hui on s’attaque à un des mystères non-résolus de la science : pourquoi le sommeil est-il indispensable ? La réponse (ou pas) en vidéo

L’insomnie fatale familiale

Une première précision pour commencer concernant les cas de « mort par manque de sommeil » : il existe une maladie génétique extrêmement rare, l’insomnie fatale familiale, dont on pourrait considérer qu’elle provoque la mort par manque de sommeil. Cette maladie touche quelques dizaines de familles dans le monde, et provoque une insomnie progressive puis totale et se termine par la mort, généralement quelques années après les premiers symptômes.

Toutefois pour la question qui nous concernent, les spécialistes semblent s’accorder à dire qu’on ne peut pas totalement dire qu’il s’agit d’un décès causé « par le manque de sommeil », dans la mesure où la maladie peut avoir bien d’autres conséquences que la perte du sommeil. Et donc on ne peut pas attribuer de façon nette les décès à cette seule cause.

Quels sont les animaux qui dorment ?

Sur cette question, je vous renvoie à la revue de J. Siegel

Siegel, J. M. (2008). Do all animals sleep?. Trends in neurosciences, 31(4), 208-213.

On y découvre que cette question n’est pas si simple, et que pour certaines espèces il est difficile de se mettre d’accord. Un animal « important » qui dort, c’est la drosophile. C’est important car c’est un des animaux les plus étudiés par les laboratoires de biologie, et on dispose de tout un arsenal méthodologique pour ça. En particulier on sait assez bien réaliser des manipulations génétiques sur ces insectes, et cela a permis quelques découvertes intéressantes, je vais en reparler.

Radicaux libres et DRO

J’ai hésité dans la vidéo sur le choix du vocabulaire. Je me suis rangé au terme « radicaux libres » qui a l’avantage d’être un peu connu et pas trop intimidant, mais j’aurai dû stricto sensu parler des « dérivés réactifs de l’oxygène » (DRO, ou ROS en anglais). Le terme de radical libre semble plus générique et concerner les espèces avec un électron non-apparié, pas spécifiquement l’oxygène.

Il existe plein de dérivés réactifs de l’oxygène, et pas mal de transformations possibles entre elles. Je vous mets un schéma tiré de Wikipédia, on y voit notamment comment les enzymes et/ou vitamines peuvent agir pour les neutraliser.

Drosophiles et ROS

Je vous ai dit que les drosophiles, c’était important, et une étude récente dont je n’ai pas parlé concerne notamment la théorie métabolique dans le cas des drosophiles

Vaccaro, A., Dor, Y. K., Nambara, K., Pollina, E. A., Lin, C., Greenberg, M. E., & Rogulja, D. (2020). Sleep loss can cause death through accumulation of reactive oxygen species in the gut. Cell, 181(6), 1307-1328.

Je vous mets ci-dessous l’abstract graphique du papier (pas mal ce concept) :

Dans cette étude, il est montré que la privation de sommeil s’accompagne d’une accumulation de dérivés réactifs de l’oxygène dans l’intestin qui provoquent la mort, tandis que le fait de délivrer des antioxydants suffit à faire survivre les drosophiles privées de sommeil. Il y a deux points intéressants dans cette étude : d’une part le fait que tout cela a lieu dans l’intestin, et d’autre part le caractère assez radical de l’effet des anti-oxydant. Ces résultats semblent aller dans le sens de la théorie métabolique, voire même d’une théorie métabolique qui s’appliquerait non pas spécifiquement au cerveau mais à l’ensemble du corps.

Les théories sur la mémoire

Pour ma partie sur la mémoire, je me suis basés sur une énorme revue du sujet :

Rasch, B., & Born, J. (2013). About sleep’s role in memory. Physiological reviews.

J’ai un peu hésité sur la traduction et la présentation de certains concepts, notamment le « two-stage memory system ». Si vous voulez des précisions, je vous renvoie au papier qui est en accès libre.

En vrac je vous mets aussi des papiers qui m’ont inspiré et que je n’ai pas explicitement cité dans la vidéo :

Cirelli, C., & Bushey, D. (2008). Sleep and wakefulness in Drosophila melanogaster. Annals of the New York Academy of Sciences, 1129, 323.

Lesku, J. A., Rattenborg, N. C., Valcu, M., Vyssotski, A. L., Kuhn, S., Kuemmeth, F., … & Kempenaers, B. (2012). Adaptive sleep loss in polygynous pectoral sandpipers. Science, 337(6102), 1654-1658.

Siegel, J. M. (2009). Sleep viewed as a state of adaptive inactivity. Nature Reviews Neuroscience, 10(10), 747-753.

Cao, J., Herman, A. B., West, G. B., Poe, G., & Savage, V. M. (2020). Unraveling why we sleep: Quantitative analysis reveals abrupt transition from neural reorganization to repair in early development. Science advances, 6(38), eaba0398.

12 Comments

  1. Nicolas Pinchaud Reply

    J’ai pas fait une recherche exhaustive de l’état de l’art, mais ce genre d’étude (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33686744/) montre une augmentation de l’activation des régions du cerveau liées au traitement des informations sensorielles chez les personnes en manque de sommeil.
    Cela m’amène à penser qu’il pourrait y avoir un autre hypothèse:
    Notre cerveau serait comme une piscine dont l’eau est calme au petit matin et un stimuli extérieur serait comme un caillou tombant dedans et créant des vagues qui vont se réverbérer sur les bords. Il faut un certain temps avant que l’eau ne redevienne calme à nouveau. Au fil de la journée et avec les cailloux qui ne cessent de tomber, la piscine devient pleine de vagues qui interagissent entre elles et se perturbent mutuellement rendant le système chaotique. Le sommeil serait alors un moyen de stopper les stimulus extérieurs afin de dissiper ces vagues et rendre l’eau à nouveau calme.

    • David Sales Reply

      Comment puis-je vous envoyer un fichier au format Epub ?

    • STEPHANE LE MOUEL Reply

      Finalement : le sommeil permet de réduire l’entropie de notre systeme central (notre cerveau)

  2. si la quantité de sommeil nécessaire est liée au métabolisme, c’est parce que le cycle énergétique de tous les être vivants fait intervenir un cycle ATP ADP, avec le A signifiant adénosine. Or le cerveau a des récepteurs à l’adénosine qui induisent l »envie de dormir, ce sont donc les molécules qui « fuitent » et arrivent dans le cerveau qui déclenchent le sommeil. Donc plus un animal va avoir un métabolisme élevé par rapport à sa taille, plus il aura besoin de dormir.
    Bref à part si on pense que c’est un hasard, l’explication réelle du « pourquoi le sommeil » doit faire intervenir le fonctionnement énergétique de tout l’organisme.

  3. J’ai écouté avec intérêt votre vidéo, très intéressante comme d’habitude et je vous dis Bravo. J’ai une petite question. J’ai lu un papier (je le poste dès que je le retrouve) sur la propriété intrinsèque des neurones d’être dans un état de repos/sommeil ce qui suggérerait que le sommeil serait aussi vieux que le neurone lui même et serait donc un vestige archaïque de la structure même du neurone et peut-être avec un effet d’échelle, une éventuelle onde du sommeil induite. Doit-il y avoir une raison physiologique à son utilité pour les mammifères par exemple ?. Cela ne pourrait-il pas être une particularité du neurone que l’évolution n’a pas évincé soit parce que aucune mutation des neurones ne l’a évincé ou soit parce que les éventuels neurones mutés ne dormant pas, n’ont pas donné d’avantages évolutifs suffisants pour supplanter la version non mutée ? Les animaux semblent pratiquement tous dormir mais juste de manières différentes. Je pose ici cette réflexion car je travaille avec mon associé le Dr Gene I Sher (USA) dans le biomimétisme appliqué aux réseaux de neurones numériques et nous réfléchissons depuis quelques temps à ajouter une probabilité de propriété de sommeil dans nos modèles neuro-evolutifs (ref: Handbook of Neuroevolution thru erlang Gene I. Sher) pour en évaluer l’intérêt au travers du processus évolutif.

  4. Bonjour ! super vidéo, merci ! Pas mal d’infos sur ce thème sont dans le livre de Matthew Walker  » Pourquoi nous dormons » , même si en fait il traite des sujets bien plus vastes que sur le seul aspect évolutif. Voir aussi son passage sur Joe Regan Experience

  5. Justin Maurice Reply

    Et est ce qu’on a déjà essayé de sélectionner des drosophiles ou autres qui dormaient le moins pour arriver après plusieurs générations à des drosophiles qui ne dormaient plus du tout ?

  6. Salut ! C’est plutôt cool comme sujet et je m’y suis intéressé il y a quelques temps. J’ai lu le livre « Why we sleep » de Matthew Walker qui passe en revue pas mal d’infos sur le sommeil, les mécanismes biologiques en particulier et j’en ai fais un petit article pour récapituler les trucs qui m’ont paru important à retenir ici : https://pedapsy.wordpress.com/2020/08/30/pourquoi-prendre-le-temps-de-bien-dormir-quand-on-peut-prendre-le-temps-de-travailler-plus/

    Le livre est en français assez facilement accessible pour ceux qui ne souhaitent pas lire en anglais.

  7. Oui David, mon message vient d’être considéré et tu pourras l’enlever, évidemment. Avant de dire quelque chose, félicitations pour ta chaîne Science étonnante que je regarde avec beaucoup d’intérêt.

    Avant de commencer, non, de prime abord, je ne serais pas physiologiste du SNC et encore moins spécialiste du sommeil. Mais si le lectorat serait intéressé, j’aurais pu laisser quelque commentaire en lien avec ce que je mentionnerai ici-bas, sous la vidéo : 4 choses à éviter avant de dormir | Futura.

    Donc, oui, nous pourrions tous avoir tendance à penser que dormir ferait que nous récupèrerions quelque part, que nous nous régénèrerions, pouvant se sentir tout juste avant fatigué mais reposé au levé. Est-ce que ce dernier terme fatigué ne serait pas à être rapproché d’ailleurs d’autres comme être sans énergie, épuisé, et comme après quelque effort intense pour certains d’entre nous ? Ne pourrions-nous pas autrement dit obtenir cette même régénération si nous serions sous celle d’un ennui pouvant créer quelque perte de motivation (stimulation), mais qui ferait que nous pourrions nous replonger dans nos souvenirs d’autant plus oniriques (stimulants) que nous pourrions là aussi et cependant ne pas avoir assez d’énergie pour les structurer de façon cohérente ?

    Pour résumer, le commentaire ici-haut de Nicolas (de Wasabi, de Jean-Patrice) ne semblerait pas être en contradiction avec celui du besoin de stimulation, car lorsque tout reviendrait à la normale, nous serions agréablement stimulés comme lorsque nous serions reposés ou lorsqu’un rêve le ferait (le cauchemar faisant en sorte que nous nous réveillerions dans le but d’acquérir plus de motricité devant le négatif ou l’adversité). Donc, cela pourrait paraître assez contre intuitif, mais vraisemblablement le besoin de stimulation pourrait être plus important que nous pourrions le penser. Si nous pensons par exemple en ce moment à un Trois-mâts carrés et sans désirer rien imposer à qui que ce soit, ne pourrions-nous pas déjà remarquer une différence d’énergie ?

    Pour le reste, si nous ne serions pas trop déconnectés de la réalité tout en ne devant peut-être pas trop croire au hasard comme à la notion de liberté, le cerveau ayant une fonction reliée à celle dite de la vie végétative avec celle dite de la vie de relation, ne serait-il pas normal que tout cela se mette au repos et au même titre que d’autres organes auraient leur propre fonction ? Oui, nos ancêtres auraient été vulnérables devant l’ours des cavernes, mais après avoir été inspecter avec ce même cerveau ladite caverne, évidemment. L’ours et… étant écartés, ne serait-il pas normal qu’il puisse enfin subvenir à ses besoins et dormir, mais d’autant moins cependant que nos sociétés industrialisées demanderaient de nous une certaine productivité qui serait au fond une surproductivité ?

    Merci et bonne continuation à ta chaîne.

  8. Bonjour,
    Bravo pour cette vidéo ! C’est un réel plaisir de te suivre sincèrement, c’est une bouffée d’oxygène. J’ai bientôt 30 ans, je suis ingénieur passionné informatique, de technologie et notamment de Deep Learning (Merci pour tes vidéos sur le sujet ! :D) et ça a une importance pour la suite ;-).
    Je prends quelques minutes pour témoigner de mon expérience très personnelle du sommeil. Effectivement à l’âge de 3-4 ans j’ai subi un choc traumatisant, un « accident » d’une grande violence psychologique.
    Je n’ai malheureusement pas bénéficié de l’accompagnement d’un psychologue, et comme mes proches n’en parlais pas, moi non plus. J’étais seul pour résoudre la situation. Eh oui puisque là, mon problème était que j’avais inconsciemment peur que l’accident se reproduise. Ce qui en terme de comportement me rendait reclus dans mon coin, ne supportant aucune prise de risque. Comme un rat qui aurait pris une grosse décharge électrique, la peur de tout, un stress constant. Mais la vie continue et le temps a été mon allié.
    J’ai passé probablement plusieurs années à faire des cauchemars glaçants..
    Mais d’un point de vue de la méthode, mon cerveau était rigoureux. C’était toujours le même scénario sur le fond : Moi seul, dans un lieu, un danger et une mission ; trouver une issue favorable à la situation de base assez « merdique ». Alors court, saute, essaye de trouver une faiblesse à ton ennemie, ne panique pas, etc… Au début, j’échouais systématiquement et c’était la mort suivie d’un réveil brutal.
    Avec du recul, j’ai l’impression que dans ces phases, j’ai été comme une IA en mode apprentissage « Try hard ». Enfin dans un monde virtuel le plus flippant et avec l’immersion la plus réaliste du monde ! 😀 L’Oculus Quest à côté c’est un ATARI !
    Je l’ai dit cette phase a duré longtemps, mais un jour, je ne sais pourquoi, sans doute devais-je être prêt, le cauchemar qui s’est présenté à moi a été précisément le scénario de l’accident traumatisant initial. J’ai bien cherché et j’ai trouvé une issue favorable. J’ai terminé mon rêve plutôt sereinement et je n’ai plus jamais fait de cauchemar glaçant comme ceux du début.

    Finalement, je pense que mon cerveau à utilisé le sommeil paradoxal pour me préparer à la survenue dans la vraie vie d’un nouvel « accident » du même type que le premier. Sur un plan « biologique », ça semble être un truc utile, non ?
    Les conséquences de jour ont été que j’ai repris progressivement de l’assurance et que je me suis réouvert aux autres. Reprenant une « vie normale ».

    Ce qui est amusant, c’est que durant ce dernier cauchemar, la solution que j’ai mis en œuvre pour éviter l’accident ne me semblerais pas fonctionner aujourd’hui. Mais à l’époque ça me semblais bien, et c’est ce qui m’a permis de sortir de ces horribles « TryHard » nocturnes forcés.

    En conclusion d’après mon vécu, j’ai tendance à penser que la fonction principale du cerveau en « sommeil » comme « éveillé » reste d’anticiper l’avenir.
    Et que finalement, l’évolution a permis au cerveau de s’entraîner plus efficacement à cette tâche en le dotant de la capacité de faire des expériences par lui-même en mode « try hard » à partir de sa connaissance du monde qui l’entoure. Arrivé là, le seul moyen de pouvoir faire jouer ces scénarios d’entraînements reste le sommeil !
    Durant lequel il se passe globalement :
    1 – « déconnexion » des muscles la partie du cerveau « conscient » (uniquement les organes susceptibles de le blesser durant la phase inconsciente…).
    2 – Affectation d’une partie de la capacité du cerveau à la modélisation de l’environnement, du scénario et du corps.
    3 – ‘Connexion » la partie du cerveau « conscient » au corps virtuel.
    4- « Try Hard » avec mémorisation et retour à l’état normal (Réveil avec un bel Eurêka ! j’ai trouvé !)

    Je ne suis pas chercheur ! Ce que j’ai écrit là n’est pas documenté, c’est un avis probablement très faux. Mais c’est mon sentiment.

    Encore merci pour ton travail.
    Merci d’avoir lu jusqu’au bout. Moi, je vais me coucher !
    Je vous souhaite à tous de bonnes nuits ! 😀

    Cédric.

  9. Cher David,
    Petit message rapide pour vous dire que je viens de tomber sur votre video Youtube et je vous felicite pour cette synthese tres simple et interessante.
    Je suis moi-meme chercheur sur le sommeil au Japon (d’ou le manque d’accents), dans le plus grand centre de recherche au monde entierement focalise sur l’etude du sommeil.
    J’ai particulierement apprecie l’introduction avec la reponse a la grnade questiom: « a quoi sert le sommeil? Encore aujourd’hui, on ne sait pas ». 🙂
    Si l’on ne sait pas exactement a quoi ca sert, on essaie au moins de comprendre comment ca marche, et petit a petit, on trouve de nombreuses reponses, toujours de plus en plus precises et pointues. Mais c’est une autre histoire.
    Pour approfondir un peu sur le « pourquoi », je vous conseil de vous referer aussi aux traveaux de Giulio Tononi (le mari de Chiara Cirelli, votre premiere reference) et en particulier sur son hypothese SHY (synaptic homeostasis hypothesis). C’est a ma connaissance l’hypothese qui remporte le plus de suffrages dans notre milieux pour le moment, en attendant une hypothese encore plus elegante.

  10. Pierre Lacombe Reply

    Merci pour cette production de grande qualité comme d’habitude. Quelques questions ou remarques :

    Vous parlez beaucoup de cerveau, mais rien ne prouve que le sommeil soit un phénomène purement cérébral, il existe des animaux qui dorment, bien que n’ayant pas de cerveau, ou du moins on ne leur en connait pas, le poulpe par exemple. Si le sommeil était un phénomène cellulaire ?

    Si on se livre à des exercices physiques durs et prolongés, on dort davantage, alors que l’activité cérébrale n’a pas été particulièrement intense. Ce sont les muscles qui ont besoin de dormir, alors ?

    Après le repas, surtout passé un certain âge, on a tendance à s’endormir (mon chien fait pareil). C’est le système nerveux abdominal qui se manifeste ? Pourtant là il bosse à fond !

    Que de mystères…

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