Laura Lewis et son équipe de chercheurs travaillent sur le fonctionnement du cerveau lorsque nous dormons dans leur laboratoire de l’université de Boston. Son travail la place régulièrement, selon ses dires, en décalage horaire, sans changer de fuseau horaire. Ce n’est pas que Lewis n’apprécie pas les mérites d’une bonne nuit de sommeil. C’est ce qu’elle fait. Quand on essaie de cartographier ce qui se passe dans le cerveau d’un humain endormi, on finit par faire des sacrifices.

Image d’entête, tirée de l’étude et de la vidéo plus bas : de grandes et lentes vagues de liquide céphalorachidien se déversant sur le cerveau. (Laura Lewis/ Université de Boston)

Ses résultats, publiés fin de semaine dernière, montrent comment notre corps élimine les toxines de notre cerveau pendant notre sommeil et pourrait ouvrir de nouvelles voies pour traiter et prévenir des maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer.

Lorsque nous dormons, notre cerveau traverse plusieurs phases, allant d’un sommeil léger à un sommeil profond qui nous donne l’impression d’être inconscients, en passant par un sommeil paradoxal (REM), lorsque nous sommes plus susceptibles de faire des rêves. Les travaux de Lewis portent sur le sommeil non-REM (les stades 1 à 3 du sommeil, le sommeil paradoxal (REM) n’est pas inclus), cette phase profonde qui se produit généralement plus tôt dans la nuit et qui a déjà été associée à la mémorisation des souvenirs. Une importante étude menée en 2013 (lien ci-dessous) sur des souris a montré que pendant que les rongeurs dormaient, des toxines comme la bêta-amyloïde, qui peut contribuer à la maladie d’Alzheimer, ont été évacuées.

Lewis était curieuse de savoir comment ces toxines ont été éliminées et pourquoi ce processus ne s’est produit que pendant le sommeil. Elle soupçonnait la présence possible de liquide céphalorachidien, un liquide clair, semblable à de l’eau, qui circule autour du cerveau. Mais elle n’était pas sûre de ce qu’il y avait d’unique dans le sommeil. Son laboratoire a donc conçu une étude qui mesure plusieurs variables différentes en même temps.

Les participants à l’étude devaient s’allonger et s’endormir dans un IRM. Pour obtenir des cycles de sommeil réalistes, les chercheurs ont dû effectuer les tests à minuit, et ils ont même demandé aux sujets de rester debout tard la veille au soir pour que les gens soient prêts à s’endormir une fois le test commencé.

Lewis a équipé les participants d’électrode d’électroencéphalographie (EEG) pour qu’elle puisse observer les courants électriques qui circulent dans leur cerveau. Ces courants lui ont montré à quel stade du sommeil se trouvait la personne. Pendant ce temps, l’IRM a mesuré les niveaux d’oxygène dans le sang de leur cerveau et il a montré la quantité de fluide cérébro-spinal qui entrait et sortait du cerveau.

Selon Lewis :

Nous avions l’impression que chacun de ces paramètres était important, mais la façon dont ils changent pendant le sommeil et la façon dont ils sont reliés les uns aux autres pendant le sommeil était une zone inconnue pour nous.

Elle a découvert que, pendant le sommeil non-REM, de grandes et lentes vagues de liquide céphalorachidien se déversaient sur le cerveau. Les résultats de l’EEG ont aidé à montrer pourquoi. Pendant le sommeil non-REM, les neurones commencent à se synchroniser, s’activant et se désactivant en même temps. « D’abord, vous verriez cette onde électrique où tous les neurones se calment, » dit Lewis. Comme les neurones avaient momentanément cessé de s’activer, ils n’avaient pas besoin d’autant d’oxygène. Cela signifiait que moins de sang s’écoulait dans le cerveau. Mais l’équipe de Lewis a également observé que le liquide céphalorachidien se précipitait alors à l’intérieur, remplissant l’espace laissé vaquant.

A partir de l’étude, les grandes et lentes vagues de liquide céphalorachidien se déversant sur le cerveau. (Laura Lewis/ Université de Boston)

Pour Maiken Nedergaard, une neuroscientifique de l’université de Rochester qui a dirigé l’étude de 2013 qui a d’abord décrit comment le sommeil peut éliminer les toxines chez la souris :

C’est un article fantastique. Je ne pense pas que quelqu’un, dans son fantasme le plus fou, ait vraiment montré que l’activité électrique du cerveau est le mouvement du fluide. C’est vraiment excitant.

L’une des grandes contributions de cette étude est qu’elle aide à montrer que les systèmes que Nedergaard a étudiés chez la souris sont présents et extrêmement importants pour l’homme aussi et selon lui :

C’est dire que dormir, ce n’est pas seulement pour se détendre. Le sommeil est en fait une fonction très distincte.

Les neurones ne se désactivent pas tous en même temps quand nous sommes éveillés. Ainsi, les concentrations sanguines cérébrales ne chutent pas suffisamment pour permettre au liquide céphalorachidien de circuler autour du cerveau et d’éliminer tous les sous-produits métaboliques qui s’y accumulent, comme les bêta-amyloïdes.

L’étude pourrait également avoir des applications cliniques dans le traitement de la maladie d’Alzheimer. De récentes tentatives de mise au point de médicaments ont ciblé la bêta-amyloïde. Mais les médicaments qui semblaient prometteurs au premier abord ont échoué une fois qu’ils ont fait l’objet d’essais cliniques. « Cela ouvre une nouvelle voie « , selon Nedergaard. Au lieu d’essayer d’agir sur une molécule en particulier, de nouvelles interventions pourraient plutôt se concentrer sur l’augmentation de la quantité de liquide céphalorachidien qui se déverse sur le cerveau.

Cela aiderait à éliminer la bêta-amyloïde, mais pourrait aussi aider avec d’autres molécules comme la tau, une protéine qui “s’emmêle” dans le cerveau des patients Alzheimer et nuit aux connexions entre les neurones. Trouver un moyen de vider tous ces déchets pourrait être beaucoup plus puissant que de se concentrer sur un seul élément du problème. « Le vieillissement ne concerne pas qu’une seule molécule, dit M. Nedergaard. « Tout échoue. »

L’étude publiée dans Science : Coupled electrophysiological, hemodynamic, and cerebrospinal fluid oscillations in human sleep et présentée sur e site de l’université de Boston : Are We “Brain Washed” during Sleep?