Les reptiles dorment lentement. Plus exactement, pendant leur sommeil, de nombreux paramètres physiologiques varient ensemble sur un rythme infra-lent. Comment le chercheur Paul-Antoine Libourel et ses collaborateurs ont-ils découvert cela ?

Commençons par ce qui est bien connu. Quand ils dorment, les humains alternent entre deux états de sommeil : le sommeil lent et le sommeil paradoxal. Le premier se caractérise par l’apparition d’ondes lentes sur l’électroencéphalogramme, tandis que le second tire son nom du fait qu’il associe une totale atonie musculaire, des mouvements rapides des yeux et une activité cérébrale proche de l’éveil. Chacun d’entre nous enchaîne ainsi plusieurs cycles, de 60 à 120 minutes, lors desquels se succèdent ces deux stades. 

Les humains ne sont pas les seuls à connaître deux états de sommeil. Ils partagent cette particularité avec l’ensemble des mammifères terrestres et avec les oiseaux. « L’autre point commun de ces êtres vivants, c’est d’être homéothermes – ils maintiennent leur corps à une température constante », précise Anthony Herrel, biologiste au Muséum national d’histoire naturelle et coauteur de l’étude1.

« Ces deux composantes sont-elles le fruit du hasard ou sont-elles corrélées ? », s’est demandé Paul-Antoine Libourel, chargé de recherche au Centre de recherche en neurosciences de Lyon (CRNL) puis au Centre d’écologie fonctionnelle et évolutive2 de Montpellier. Ceci l’a poussé à étudier le sommeil des reptiles, des animaux ectothermes – leur température corporelle varie avec celle de l’extérieur.

Le chercheur s’est donc intéressé au sommeil des caméléons, geckos et autres bestioles terrestres à écailles. Une étape bien plus facile à dire qu’à mettre en œuvre. Car comment savoir si un lézard qui se chauffe au soleil, immobile sur sa pierre, est en train de dormir ou s’il est en embuscade ?

Par ailleurs, le cerveau des reptiles est organisé différemment de celui des mammifères. Tandis que le cortex reptilien compte trois couches, celui des mammifères en possède six. « On peut supposer qu’une structure anatomique différente entraîne un fonctionnement différent, explique Paul-Antoine Libourel. Cela complique donc la comparaison. »

Avec ses collègues de l’Institut des nanotechnologies de Lyon3, il a donc mis au point un dispositif miniaturisé sans fil capable de capter et d’enregistrer les changements physiologiques, cérébraux et comportementaux de reptiles, d’oiseaux et de mammifères. Ce dispositif a permis d’assurer une surveillance multimodale des variations d’activité cérébrale, cardiaque, respiratoire, musculaire et oculaire, tout au long des cycles de sommeil.

« Nous avons aussi eu recours à l'imagerie fonctionnelle par ultrasons, une technique qui permet de détecter de très subtiles variations de volume sanguin », indique le chercheur. Dix espèces de vertébrés ont ainsi été étudiées pendant leur repos, dont des geckos, des dragons barbus, des caméléons, des pigeons, des rats et… des humains.

L’équipe a ainsi mis en évidence l’existence d’une oscillation physiologique très lente (dite « infra-lente ») qui semble synchroniser l’activité cérébrale, l’activité cardiaque, la respiration et les mouvements oculaires. Ce rythme infra-lent, d’une période d’environ 100 secondes, a été observé chez tous les reptiles en sommeil. Chez les autres vertébrés, on retrouve un rythme lent (en fait, un peu moins lent, car sa période descend à 50 secondes) qui apparaît pendant le sommeil lent, mais pas durant le sommeil paradoxal.

Le fait que ces rythmes lents soit partagés par des espèces ayant divergé il y a 300 millions d’années suggère qu’il s’agit probablement d’un mécanisme physiologique fondamental. « Ce rythme infra-lent pourrait être la manifestation physiologique du fonctionnement d’une sorte de pompe qui permet de nettoyer le cerveau pendant le sommeil », avance Paul-Antoine Libourel.

L’entretien du cerveau est assuré par la circulation d’un fluide cérébro-spinal (appelé aussi « liquide céphalo-rachidien »), qu’on prélève lors des ponctions lombaires. Il baigne le tissu cérébral et permet d’évacuer les déchets métaboliques des neurones vers le système lymphatique périphérique.

Or, le rythme infra-lent orchestre des variations du volume sanguin. Ces dernières entraînent ainsi l’entrée et la sortie du liquide céphalo-rachidien. Afin de mieux comprendre ce phénomène, Paul-Antoine Libourel s’intéresse désormais aux éléphants de mer dont le sommeil peut être très différent selon qu’ils sont en mer ou sur terre…
 
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