Le système de lavage de cerveau devient dangereux : voici ce qui arrive au cerveau privé de sommeil

Difficultés de concentration, trous de mémoire, incapacité à se focaliser : presque tout le monde a déjà ressenti ces sensations après une nuit blanche : on se sent moins alerte qu’avant. Pourquoi ? Une nouvelle étude du MIT à Boston, publiée dans Nature Neuroscience, apporte un élément de réponse. Ces travaux montrent ce qui se passe dans le cerveau humain en l’absence de sommeil . Et l’attention se porte sur le « système de nettoyage » qui se met normalement en marche pendant le sommeil. Les scientifiques ont découvert que, lors des pertes d’attention qui surviennent en cas de privation de sommeil, une quantité importante de liquide céphalo-rachidien s’écoule . Ce processus, qui a généralement lieu pendant le sommeil, contribue à éliminer les déchets accumulés durant la journée. L’idée est que ce flux est essentiel au bon fonctionnement du cerveau.

En cas de privation de sommeil, l'organisme semble tenter de rattraper ce processus d'élimination en activant des pics de circulation du liquide céphalo-rachidien. Cependant, ce « retour de flamme » a un coût : une réduction drastique de la capacité d'attention. « Si vous ne dormez pas, les ondes du liquide céphalo-rachidien commencent à perturber votre état de veille, à des moments où vous ne les percevriez pas normalement. Et cela entraîne un compromis : votre capacité d'attention diminue pendant les pics de circulation du liquide », explique Laura Lewis, auteure principale de l'étude, membre de l'Institut d'ingénierie médicale et des sciences et du Laboratoire de recherche en électronique du MIT, et chercheuse associée à l'Institut Picower pour l'apprentissage et la mémoire.

Bien que le sommeil soit un processus biologique fondamental, son rôle exact reste encore mal compris. Il semble essentiel au maintien de la vigilance, et il a été démontré que le manque de sommeil entraîne des troubles de l'attention et d'autres fonctions cognitives. Pendant le sommeil, le liquide céphalo-rachidien qui protège le cerveau contribue à l'élimination des déchets accumulés . Dans une étude de 2019, Lewis et ses collègues ont démontré que la circulation de ce liquide pendant le sommeil suit un rythme régulier, entrant et sortant du cerveau, et que ces flux sont liés à des variations des ondes cérébrales.

Que se passe-t-il dans le cerveau lorsqu'on ne dort pas ?

Cette découverte a amené les scientifiques à s'interroger sur les effets d'une privation de sommeil. Pour approfondir leurs recherches, ils ont recruté 26 volontaires et les ont soumis à deux tests : l'un après une nuit blanche et l'autre après une bonne nuit de sommeil. Le matin, les chercheurs ont mesuré différentes fonctions cérébrales et corporelles pendant que les participants réalisaient une tâche couramment utilisée pour évaluer les effets de la privation de sommeil.

Durant le test, chaque participant portait un casque d'électroencéphalographie (EEG) permettant d'enregistrer l'activité cérébrale, simultanément à une imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Les chercheurs ont utilisé une version modifiée du test, mesurant non seulement l'oxygénation sanguine cérébrale, mais aussi les flux entrants et sortants du liquide céphalo-rachidien. Ils ont également mesuré la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire et le diamètre pupillaire de chaque sujet. Les participants ont réalisé deux tâches d'attention pendant l'examen : une tâche visuelle et une tâche auditive. Pour la tâche visuelle, ils devaient fixer un écran affichant une croix fixe. À intervalles aléatoires, la croix se transformait en carré, et les participants devaient appuyer sur un bouton à chaque changement. Pour la tâche auditive, ils entendaient un bip.

Comme prévu, les participants privés de sommeil ont obtenu des résultats inférieurs à ceux des participants bien reposés lors de ces tâches. Leurs temps de réaction étaient plus longs et, pour certains stimuli, ils n'ont perçu aucun changement. Durant ces brèves interruptions d'attention, les chercheurs ont identifié plusieurs modifications physiologiques simultanées. La plus significative était la fuite de liquide céphalo-rachidien (LCR) pendant ces moments. Après chaque interruption, le LCR retournait dans le cerveau. « Ces résultats suggèrent donc que lors d'une interruption d'attention, ce liquide est effectivement expulsé vers l'extérieur, loin du cerveau. Et lorsque l'attention reprend, il est réabsorbé », explique Lewis.

Les chercheurs émettent l'hypothèse que, lorsque le cerveau est privé de sommeil, il tente de compenser le manque de purification qui a normalement lieu pendant le sommeil , même si ces pics de flux de liquide céphalo-rachidien entraînent une perte d'attention. « On peut imaginer que, le cerveau ayant un besoin important de sommeil, il cherche à entrer dans un état similaire au sommeil pour restaurer certaines fonctions cognitives », explique Zinong Yang, auteur principal de l'étude. « Le système liquidien cérébral essaie de rétablir les fonctions en faisant passer le cerveau d'états de forte attention à des états de flux élevé. » Les chercheurs ont également découvert d'autres événements physiologiques liés aux pertes d'attention, notamment un ralentissement de la respiration et du rythme cardiaque, ainsi qu'une constriction pupillaire. Ils ont constaté que cette dernière, en particulier, commençait environ 12 secondes avant la fuite de liquide céphalo-rachidien et que les pupilles se dilataient à nouveau après la perte d'attention. « Le plus intéressant, c'est que cela ne semble pas être un simple phénomène cérébral, mais un événement impliquant l'organisme tout entier », observe Lewis. « Ces résultats », conclut-il, « suggèrent l'existence d'un circuit unifié qui régit à la fois ce que nous considérons comme des fonctions cérébrales de haut niveau (notre attention, notre capacité à percevoir le monde et à y réagir) et des processus physiologiques fondamentaux tels que la dynamique des fluides cérébraux, le flux sanguin dans tout le cerveau et la constriction des vaisseaux sanguins. »