Le cortex cérébral n’attendrait pas passivement qu’un signal venu des profondeurs du cerveau lui ordonne de dormir. Une étude publiée dans Nature montre qu’une population extrêmement rare de neurones corticaux peut favoriser l’endormissement chez la souris lorsqu’elle est activée.
Ces cellules, appelées neurones Sst-Chodl, représentent environ un neurone cortical sur 1 000. Leur faible nombre contraste avec l’étendue de leur influence sur l’activité cérébrale.
Ces cellules, appelées neurones Sst-Chodl, représentent environ un neurone cortical sur 1 000.
Des cellules rares aux ramifications hors norme
Les neurones Sst-Chodl portent ce nom parce que deux gènes, Sst et Chodl, sont actifs en leur sein. Ils ne constituent qu’environ 1 % des neurones inhibiteurs du cortex, lesquels représentent eux-mêmes approximativement un cinquième des neurones corticaux.
Leur étude a nécessité une méthode capable de repérer uniquement les cellules dans lesquelles les deux gènes sont simultanément actifs. Cette précision était indispensable : cibler un seul de ces marqueurs aurait également sélectionné de nombreux autres neurones.
Leur anatomie s’est révélée particulièrement inhabituelle. Alors que la plupart des neurones inhibiteurs agissent dans leur voisinage immédiat, une cellule Sst-Chodl peut déployer de vastes ramifications dans tout le cortex visuel. Ses prolongements atteignent aussi des régions associées au toucher, à l’audition, à la mémoire spatiale, à l’orientation et aux mouvements volontaires.
Une activité liée au sommeil lent
Les chercheurs ont observé ces neurones tout en suivant l’activité électrique du cortex, le tonus musculaire, les mouvements du visage, la course et la taille des pupilles des souris. Sur 111 cellules étudiées, 95 devenaient actives pendant le sommeil lent et lors des périodes d’éveil calme et immobile.
À l’inverse, elles restaient silencieuses pendant la course et le sommeil paradoxal. Leur comportement différait également de celui des cellules voisines : leur activité augmentait lorsque prenait fin une phase d’activité intense du cortex, au moment où les autres neurones commençaient à se calmer.
Ces observations suggèrent que ces cellules ne se contentent pas de suivre les oscillations du sommeil. Elles pourraient participer à la coordination de l’activité collective des neurones.
Une stimulation lumineuse qui favorise l’endormissement
Pour tester leur rôle, l’équipe a utilisé l’optogénétique, une technique permettant d’activer des cellules nerveuses grâce à la lumière. La stimulation des neurones Sst-Chodl dans le cortex visuel a renforcé les ondes delta caractéristiques du sommeil profond.
Elle a aussi rendu plus fréquentes et plus longues les périodes durant lesquelles l’activité corticale chute presque entièrement. En revanche, le niveau global d’activité des neurones variait peu : les cellules Sst-Chodl semblent surtout modifier la synchronisation des décharges nerveuses.
Le rythme choisi pour la stimulation n’a pas changé le résultat. Qu’elle soit continue ou appliquée à différentes fréquences, elle produisait le même type d’oscillation lente. Le mécanisme précis à l’origine de cet effet reste inconnu.
Chez des souris libres de leurs mouvements, l’activation de ces cellules a :
- réduit le délai d’endormissement ;
- augmenté le sommeil lent et le sommeil paradoxal ;
- poussé les animaux à rejoindre leur nid pendant la journée ;
- favorisé le sommeil durant leur phase nocturne, alors qu’ils sont normalement davantage éveillés.
Un possible capteur de la fatigue accumulée
Les neurones Sst-Chodl pourraient détecter la pression de sommeil, c’est-à-dire le besoin de dormir qui augmente avec le temps passé éveillé. Des travaux antérieurs avaient déjà montré qu’ils figurent parmi les cellules corticales les plus actives après une privation de sommeil.
Cette piste reste néanmoins à démontrer. Les chercheurs ignorent encore ce qui active naturellement ces neurones et pourquoi ceux-ci renforcent précisément les ondes delta.
Autre limite importante : les expériences ont été menées dans le cortex visuel de souris. L’équipe étudie désormais le cortex préfrontal, où les connexions pourraient impliquer d’autres structures cérébrales, notamment l’hypothalamus et le thalamus.
Ce qu’il faut retenir
Les neurones concernés sont présents chez plusieurs espèces, des salamandres jusqu’aux humains. Ils pourraient donc offrir une nouvelle piste pour comprendre les troubles du sommeil associés à certaines maladies psychiatriques.
Il ne s’agit toutefois ni d’un traitement ni de la découverte d’un interrupteur utilisable chez l’être humain. Le résultat essentiel est plus fondamental : chez la souris, le cortex paraît capable de participer directement au déclenchement du sommeil, alors qu’il était longtemps considéré comme le simple récepteur de signaux provenant de régions cérébrales plus profondes.
Questions fréquentes
Comment les chercheurs ont-ils réussi à identifier précisément les neurones Sst-Chodl parmi les millions de cellules du cortex ?
Ils ont utilisé une méthode capable de repérer uniquement les cellules dans lesquelles deux gènes spécifiques, Sst et Chodl, sont simultanément actifs. Cette précision était indispensable car cibler un seul de ces marqueurs aurait également sélectionné de nombreux autres neurones.
Comment fonctionne l'optogénétique, la technique utilisée pour activer ces neurones du sommeil ?
L’optogénétique est une technique permettant d’activer des cellules nerveuses grâce à la lumière. Dans cette étude, la stimulation lumineuse des neurones Sst-Chodl a renforcé les ondes delta du sommeil profond et augmenté les périodes de baisse d’activité corticale.
Pourquoi les neurones Sst-Chodl pourraient-ils être des détecteurs de fatigue ?
Des travaux antérieurs ont montré qu’ils figurent parmi les cellules corticales les plus actives après une privation de sommeil, ce qui suggère qu’ils pourraient détecter la pression de sommeil, c’est-à-dire le besoin croissant de dormir avec le temps passé éveillé. Cependant, cette hypothèse reste à démontrer.
