Les poissons et les humains ont un sommeil de type REM

Personne ne devrait avoir à dormir avec les poissons, mais de nouvelles recherches sur le poisson zèbre suggèrent que nous dormons comme leur.

Le poisson-zèbre endormi a une activité cérébrale similaire à celle du sommeil lent profond et des mouvements oculaires rapides, ou sommeil paradoxal, retrouvé chez les mammifères, ont annoncé des chercheurs le 10 juillet La nature. Et l’équipe a peut-être retrouvé les cellules qui déclenchent le sommeil paradoxal.

Les résultats suggèrent que les bases du sommeil ont évolué il y a au moins 450 millions d'années chez les ancêtres du poisson zèbre, avant l'évolution des animaux qui donnent naissance à de jeunes vivants au lieu de pondre des œufs. 150 millions d’années plus tôt que ne le pensaient les scientifiques quand ils ont découvert que les lézards dormaient comme des mammifères et des oiseaux (SN: 28/05/16, p. 9).

De plus, le sommeil a peut-être évolué sous l’eau, explique Louis C. Leung, neuroscientifique à la faculté de médecine de l’Université de Stanford. "Ces signatures (du sommeil) ont vraiment des fonctions importantes – même si nous ne savons peut-être pas ce qu'elles sont – qui ont survécu à des centaines de millions d'années d'évolution."

Chez les mammifères, les oiseaux et les lézards, le sommeil comporte plusieurs étapes caractérisées par des signaux électriques spécifiques. Pendant le sommeil à ondes lentes, le cerveau est en grande partie silencieux, à l'exception des ondes synchronisées d'activité électrique. La fréquence cardiaque diminue et les muscles se détendent. Pendant le sommeil paradoxal ou paradoxal, le cerveau s’allume avec une activité presque comme s’il était éveillé. Mais les muscles sont paralysés (à l'exception des contractions oculaires rapides) et le cœur bat de manière irrégulière.

Les scientifiques savent depuis de nombreuses années que les mouches des fruits, les nématodes, les poissons, les poulpes et d’autres créatures ont des périodes de repos qui rappellent le sommeil. Mais jusqu’à présent, personne n’était capable de mesurer l’activité électrique du cerveau de ces animaux pour voir si ce repos était identique à celui du sommeil des mammifères.

Leung et ses collègues ont mis au point un système permettant de faire exactement cela chez le poisson-zèbre en le construisant génétiquement pour former une molécule fluorescente qui s’illumine lorsqu’elle rencontre du calcium, qui est libéré lorsque les cellules nerveuses et les muscles sont actifs. En suivant les éclairs de lumière à l'aide d'un microscope optique à couche optique, les chercheurs ont suivi l'activité cérébrale et musculaire des larves de poissons naturellement transparentes.

La tâche suivante consistait à endormir les poissons au microscope. Dans certaines expériences, l’équipe a ajouté à l’eau des poissons des médicaments déclenchant le sommeil lent ou le sommeil paradoxal chez les mammifères. Dans d'autres cas, les chercheurs ont privé les poissons de sommeil pendant une nuit ou les ont cachés avec beaucoup d'activité pendant la journée. Les résultats de toutes les méthodes induisant une sieste étaient les mêmes.

L'équipe a découvert que les poissons endormis avaient deux types d'activité cérébrale pendant qu'ils dormaient. L'une, semblable au sommeil à ondes lentes, était caractérisée par de courtes poussées d'activité dans certaines cellules nerveuses du cerveau. Les chercheurs appellent cet état sommeil lent. Le sommeil de type REM, que les chercheurs ont qualifié de «sommeil à ondes propagatrices», était caractérisé par une activité cérébrale frénétique qui se propageait comme une onde dans le cerveau. Les chercheurs n’appellent pas les phases de sommeil lent ou sommeil lent car il existe quelques différences mineures entre le sommeil des poissons et celui des mammifères.

VAGUE DE SOMMEIL En utilisant du poisson zèbre génétiquement modifié, les chercheurs ont observé les poissons dormir à la loupe. Une molécule qui s’allume (en rouge) lorsque les nerfs et les muscles deviennent actifs a été utilisée pour surveiller les fonctions cérébrales et corporelles. Alors que le poisson-zèbre se prépare pour un sommeil de type REM, une vague d’activités se déplace vers la queue, amenant les muscles du poisson à se relâcher (environ sept secondes). Puis une autre vague d'activité (environ 11 secondes) balaie le poisson. Cette vague est semblable à celle qui déclenche le sommeil rapide chez les mammifères.

Un groupe de cellules qui tapissent des espaces creux appelés ventricules dans le cerveau semble déclencher cette vague d'activité cérébrale semblable à celle de la REM. Ces cellules épendymales plongent des cils analogues à des doigts dans le liquide céphalorachidien qui baigne les ventricules et le système nerveux central. Les chercheurs ont découvert que les cellules semblaient battre plus rapidement leurs cils lorsque la quantité d'une hormone bien connue qui favorise le sommeil, appelée hormone concentrant la mélanine, augmente dans le liquide.

On ignore comment les cellules épendymales communiquent avec le reste du cerveau pour déclencher une activité semblable à celle de la REM. De telles cellules sont également présentes chez les mammifères, mais personne n’a encore été capable de voir cela aussi profondément dans le cerveau des mammifères endormis afin de déterminer si les cellules jouent un rôle dans le sommeil. Cependant, connaître ces cellules pourrait aider les chercheurs à développer de meilleurs auxiliaires du sommeil, dit Leung.

Comme chez les mammifères, les corps entiers du poisson zèbre sont affectés pendant le sommeil. Leurs muscles se détendent pendant le sommeil et leur cœur ralentit d'environ 200 battements par minute quand ils sont éveillés à environ 110 à 120 battements par minute lorsqu'ils dorment pendant le sommeil en forme de vague lente. Pendant le sommeil paradoxal, le cœur ralentit encore plus, à environ 90 battements par minute, et perd son rythme régulier. Et les muscles du poisson se relâchent complètement. La seule caractéristique qui manque au poisson est le mouvement rapide des yeux. Le coauteur de l'étude, Philippe Mourrain, biologiste à la faculté de médecine de l'Université de Stanford, a déclaré que ses yeux revenaient dans leurs orbites.

Le manque de mouvement des yeux pourrait indiquer que des parties du cerveau qui traitent les émotions, telles que l’amygdale, ne sont pas aussi actives chez les poissons-zèbres que chez les mammifères, explique Allan Pack, chercheur en sommeil, de la Perelman School of Medicine de l’Université de Pennsylvanie. Avec leur surveillance de l'activité cérébrale, les chercheurs ont poussé la recherche sur le sommeil «à un niveau supérieur», dit Pack, et «ils présentent des preuves assez convaincantes» d'un sommeil lent et semblable à celui du sommeil paradoxal chez les poissons.

L’implication de l’ensemble du corps documentée par les chercheurs renforce l’argument selon lequel le sommeil des poissons est semblable à celui des mammifères, explique le neuroscientifique Paul Shaw de la faculté de médecine de l’Université de Washington à Saint-Louis. Dans tous les organismes connus pour somnoler, "le sommeil est manifeste partout" dans le corps, dit-il.

Des expériences futures pourraient montrer pourquoi un manque de sommeil ou un manque de Z contribue aux problèmes de santé des personnes, tels que l'obésité, les maladies cardiaques et le diabète.

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