Vous vous réveillez en vous allongeant doucement dans un lit moelleux, vous vous levez et voyez à travers une immense fenêtre le soleil se lever sur l'océan, le sable blanc de la plage et les palmiers. Une brise fraîche de la mer souffle à travers la porte ouverte de la loggia et le bruit des vagues se fait entendre. Vous buvez du café aromatique fraîchement moulu, quittez les portes d'une villa de deux étages, montez dans la voiture avec un cheval cabré sur le capot, tournez la clé et au noble rugissement du moteur V8 … Vous vous réveillez enfin de la sonnerie du réveil.
Encore une fois, le cerveau insidieux nous a fait croire à la réalité de ce qui se passait. Mais comment le fait-il? Comment parvient-on à rendre une personne presque immobile pendant sept heures ou plus, tout en montrant les superproductions les plus intéressantes avec une intrigue passionnante? La raison en est les processus biochimiques les plus complexes, dans lesquels non pas une ou deux structures cérébrales sont impliquées, mais tout un réseau. Comment se produisent l'interaction et le «passage» de l'éveil au sommeil? Comment se développe le sommeil et quand les rêves viennent-ils? Pourquoi parfois, au réveil du réveil, nous nous sentons capables de déplacer des montagnes, et parfois irrités, prêts à tout détruire?
À travers le voile du temps
La somnologie - la science qui étudie le sommeil - est apparue relativement récemment, car l'âge des premières recherches fondamentales dans le «royaume de Morphée» ne dépasse pas 120 ans. Auparavant, le sommeil avait une signification mystique en tant qu'état frontière entre la vie et la mort. Aristote a dit: "Le sommeil, apparemment, appartient par sa nature à des états tels que, par exemple, la frontière entre la vie et non la vie, et la personne endormie n'existe pas complètement et existe." Le grand médecin de l'Antiquité, Hippocrate, croyait que le sommeil résulte de l'écoulement du sang et de la chaleur de la tête vers les régions internes du corps. Cette explication a dominé l'esprit des scientifiques européens et a été prise sur la foi pendant près de deux mille ans. En une chose, Hippocrate avait raison: les raisons de l'immersion d'une personne dans le monde des rêves devaient être recherchées dans la tête.
Le réseau de régulation du sommeil fonctionne comme un déclencheur sans positions intermédiaires. Ce mécanisme est possible grâce à l'imbrication des centres d'endormissement et d'éveil. Dès que l'une des parties obtient un avantage, tout le système passe instantanément dans l'état opposé. Pour ne pas faire des va-et-vient toutes les minutes, l'orexine stimule tous les centres d'éveil, sans supprimer le centre du sommeil. Ce léger déséquilibre rend difficile le passage juste assez pour que nous passions relativement rarement du sommeil à la veille et vice versa. Pour la transition vers le sommeil, il est nécessaire que le système d'excitation s'affaiblisse et que l'activité du centre du sommeil augmente. Ce processus lent est familier à tous comme une fatigue croissante.
Et maintenant, le vingtième siècle est arrivé. En Allemagne, un patient est admis à la clinique du professeur Strumpel, qui a partiellement perdu la vue et l'ouïe à la suite d'un traumatisme - sourd d'une oreille et aveugle d'un œil. Les médecins ont remarqué que lorsque les deux «fenêtres sur le monde» restantes étaient fermées, le patient s'est endormi. Le célèbre physiologiste Pavlov s'est intéressé à ces observations et a décidé de mener des expériences similaires sur ses sujets préférés - les chiens. Il a constaté que si vous excluez l'afflux constant d'impulsions des sens dans le cortex cérébral, le sommeil se produit. Le scientifique a également étudié les effets de stimuli monotones, répétant à plusieurs reprises des touches légères sur la peau de la cuisse de la patte arrière. Ils ont presque toujours euthanasié les animaux, ce qui a donné au chercheur le droit de croire que le sommeil est une inhibition conditionnelle qui se propage largement à travers le cortex cérébral,qui est conçu pour protéger le cerveau du chien des répétitions excessives de toute irritation.
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La prochaine étape pour surmonter les secrets du sommeil a été l'émergence de la méthode d'électroencéphalographie (EEG). En 1905, le physiologiste allemand Hans Berger enregistra pour la première fois des oscillations sinusoïdales de potentiel électrique avec une fréquence de 8-11 Hz chez une personne dans un état calme avec les yeux fermés, plus prononcées dans les régions occipitales du cerveau. Ces fluctuations sont appelées le rythme alpha.
L'apparition et la durée du sommeil sont régulées par des processus physiologiques complexes, parmi lesquels il en existe deux principaux - le besoin homéostatique de sommeil (le soi-disant processus S, flèches vers le bas) et l'horloge interne (processus C, flèches vers le haut sur la figure). La ligne jaune montre la «somme» de ces deux processus.
Dans les années 1930, la situation est devenue un peu plus claire: les scientifiques, ayant coupé le tronc cérébral du chat au niveau du mésencéphale, ont provoqué le coma de l'animal - un état similaire au sommeil. Dans le même temps, des oscillations électriques lentes ont été observées sur l'EEG du chat, qui ont été plus tard appelées «broches endormies» (le dessin ressemblait à une broche retournée). Lorsque le cerveau était coupé au niveau des premiers segments cervicaux, séparant la moelle épinière du cerveau, il était possible d'obtenir la soi-disant préparation du cerveau de veille: le chat suivait les objets se déplaçant devant lui avec ses yeux, et l'EEG montrait des oscillations avec une fréquence de 14-30 Hz (rythme bêta). Il est devenu clair que dans le cerveau des animaux, il existe différentes structures - responsables de l'endormissement et responsables de l'éveil.
Centre de gaieté
À la fin du XIXe siècle, Vladimir Bekhterev et Santiago Ramon y Cajal ont décrit les structures du tronc cérébral du chat responsables de l'état de veille, qui ont vu un amas ouvert de neurones, pénétré par des fibres nerveuses, au milieu du tronc cérébral. Mais pourquoi cette formation est nécessaire, le neuroscientifique italien Giuseppe Moruzzi et le neurologue américain Horace Magun ne l'ont établi que dans la seconde moitié du XXe siècle. Ils ont appelé cette structure la formation réticulaire («reticula» en latin signifie «réseau»). C'est dans le tronc cérébral que se trouvent les noyaux, qui concentrent en eux toutes les impulsions des récepteurs sensoriels allant au cerveau. De longs processus (axones) des neurones de la formation réticulaire sont connectés au cortex cérébral et aux neurones de la moelle épinière. Les fibres nerveuses du cortex et de la moelle épinière vont également à la formation réticulaire elle-même,donc un système de rétroaction complexe est formé. Les signaux de la formation réticulaire (décharge réticulaire) déclenchent les mécanismes d'éveil dans le cortex cérébral, et le cortex, à son tour, contrôle l'état de la formation réticulaire.
Cercueil avec sommeil
En 1990, le film Awakening est sorti, basé sur le livre du même nom du célèbre psychiatre Oliver Sachs. Il parle d'un étrange groupe de 80 patients âgés qui souffrent d'une maladie inconnue ressemblant à l'autisme ou à la maladie de Parkinson depuis plus de 40 ans. Les patients de Sachs étaient les dernières victimes survivantes d'une mystérieuse épidémie qui a soudainement commencé en Europe à l'hiver 1916-1917, qui s'est ensuite propagée dans le monde entier et a tué 5 millions de personnes dans la période qui a suivi la Première Guerre mondiale. Les patients sont tombés dans une apathie soudaine et ont souffert d'une forte fièvre, d'une déficience visuelle et d'hallucinations. Ensuite, la maladie s'est transformée en une forme chronique et s'est accompagnée d'un grand nombre de manifestations cliniques diverses. Mais toutes les formes avaient une chose en commun: les troubles du sommeil. Ce fait a paru intéressant au neurologue viennois Baron Konstantin von Economo. Il a constaté que certains patients dormaient trop, pendant des semaines, des mois, ne se réveillant que pour boire et manger, tandis que d'autres perdaient complètement le sommeil. Lors des autopsies, le scientifique a trouvé une image anatomique similaire: dans une certaine zone du diencéphale chez les patients, il y avait une mort massive des cellules nerveuses.
Cette zone du cerveau est appelée l'hypothalamus car elle est située sous le thalamus, la zone du cerveau qui redistribue les signaux des sens. Si nous pouvions insérer l'index directement dans la tête au niveau de l'arête du nez, alors nous nous serions reposés exactement dans le trou où il se trouve - la «selle turque». L'hypothalamus est l'un des centres les plus importants qui contrôlent le système nerveux autonome, régulant notamment la température corporelle, la pression artérielle, l'appétit, le désir sexuel et la soif. Economo, bien entendu, ne savait pas tout cela. Cependant, il soupçonne qu'il doit y avoir un centre qui contrôle le sommeil. "Apparemment, - a conclu le chercheur, - ces cellules font quelque chose, grâce auquel nous nous endormons."
Maintenant, grâce aux recherches de Clifford Seiper de l'Université Harvard à Boston, il est devenu connu que dans l'hypothalamus, il y a vraiment une zone spéciale qui est activée lors de l'endormissement - la région préoptique ventrolatérale (VLPO). Les axones des neurones du VLPO descendent vers les zones qui supportent l'éveil. Inversement, afin de nous empêcher de nous endormir, le centre de vigueur doit avoir une connexion avec l'hypothalamus, de sorte que les fibres nerveuses partent de bas en haut.
Seiper et ses collègues ont conclu que les cellules de la partie antérieure de l'hypothalamus sont le centre du sommeil qui utilise leurs axones pour supprimer les centres d'éveil dans le tronc cérébral, qui comprend le mésencéphale et le pons. Ce processus conduit finalement à s'endormir. «C'est peut-être la clé de tout le mécanisme qui, grâce à l'hypothalamus, contrôle l'état de sommeil et de veille», a écrit le neurologue. C'est ainsi qu'en 2005 est apparu le concept moderne du sommeil, que Siper a publié dans son article dans la revue Nature. Selon ce concept, l'ensemble du «système de sommeil» est un réseau de plusieurs nœuds interconnectés qui commutent de manière spéciale à certains moments dans le temps et régulent le sommeil et l'éveil.
Confrontation cérébrale
La première partie du système général veille-sommeil est le système inhibiteur. Il s'agit du VLPO dans l'hypothalamus antérieur, à partir duquel une onde d'inhibition est envoyée au système d'éveil, ce qui conduit au passage du cerveau dans un "mode sommeil". Du point de vue de la biochimie, le principal «liquide de frein» du système est l'acide gamma-aminobutyrique (GABA). En agissant sur des récepteurs spéciaux, il supprime l'activité des neurones. Les récepteurs GABA sont un canal dans la membrane cellulaire entouré de grosses molécules de protéines qui peuvent changer leur structure spatiale (relativement parlant, «se déplier» ou «se replier»). Lorsque le GABA se lie aux récepteurs, la lumière du canal augmente, plus d'ions chlore le traversent, ce qui entraîne une diminution de la conductivité électrique de la membrane cellulaire - la rendant moins sensible aux influences électriques. Et cela conduit à la suppression de l'activité impulsionnelle - la cellule "réduit la vitesse" d'un "galop" rapide à un "pas" calme.
La deuxième partie du système est le système d'excitation, qui est basé sur huit nœuds nerveux qui forment deux faisceaux parallèles. À travers eux, des ondes d'excitation sont conduites vers le cortex cérébral. Un faisceau commence dans la formation réticulaire (c'est le tronc cérébral), l'autre dans le soi-disant point bleu (Locus coeruleus). Les cellules ici produisent la plupart du neurotransmetteur excitateur noradrénaline dans le cerveau. La zone est responsable de l'apparition de la peur et de la panique, ainsi que d'une grande partie de notre excitation.
Il existe d'autres neurotransmetteurs (dopamine, sérotonine et autres), mais ils sont associés à différents processus dans le cerveau. Cependant, il existe un autre neurotransmetteur du sommeil spécifique. L'hypothalamus latéral (latéral) contient plusieurs dizaines de milliers de cellules nerveuses qui produisent un neurotransmetteur spécial, l'orexine (hypocrétine). Les biochimistes n'ont isolé cette substance qu'en 1998. S'il y a trop peu d'orexine ou si le cerveau n'a pas les molécules réceptrices correspondantes, une maladie rare se produit - la narcolepsie, qui se caractérise par des accès soudains de somnolence et d'endormissement.
Jour, nuit - jour
Cependant, ce n'est qu'une partie du mécanisme du sommeil. Comme toute nature vivante, les gens vivent selon leurs propres rythmes internes, qui sont liés aux cycles du jour et de la nuit. Il y a un moment où une personne a tendance à dormir et il y a un temps pour un travail actif. Le corps a une "horloge biologique" - le système mélatonergique. Les principaux acteurs en sont les noyaux suprachiasmaux de l'hypothalamus et de la glande pinéale (glande pinéale), situés dans la région intermédiaire du cerveau.
Lorsque la lumière atteint la rétine, les informations à ce sujet sont transmises aux noyaux suprachiasmaux de l'hypothalamus (petites heures), puis, après avoir parcouru un long chemin, elles pénètrent dans la glande pinéale, ou le soi-disant troisième œil, qui sert de nombreux animaux, par exemple les reptiles et les oiseaux. détecteur de niveau de lumière. Chez l'homme, en cours d'évolution, les grands hémisphères du cerveau ont considérablement augmenté, fermant la glande pinéale, et il a perdu le contact avec la lumière. La nature a dû "inventer" toute cette manière complexe et existante de réguler la synthèse de l'hormone "somnolente".
La glande pinéale produit de la mélatonine, l'hormone de la nuit et de l'obscurité. Lorsque les niveaux de lumière baissent le soir, de la mélatonine est libérée, ce qui signale aux cellules de «terminer la journée». Sa fonction principale est l'effet inhibiteur sur les noyaux suprachiasmatiques, par lesquels les systèmes d'éveil sont activés.
Ce processus peut être comparé au fonctionnement d'un thermostat qui maintient une certaine température dans le réfrigérateur. Plus nous vivons une vie active, plus le centre du sommeil ressent le besoin de basculer l'interrupteur pour dormir. Plus nous dormons, moins le besoin de sommeil est important, de sorte qu'à un moment donné, le système d'éveil prend le dessus et nous nous réveillons et nous avons l'impression d'avoir dormi. Ce modèle de régulation est appelé à deux facteurs et il a été développé en 1982 par le chef du département de psychopharmacologie et de somnologie de l'Université de Zurich, Alexander Borbeli. Selon elle, notre besoin de sommeil à un moment donné est le résultat de l'interaction de facteurs chronobiologiques et homéostatiques (maintien de l'équilibre interne). Le scientifique a appelé ces composants processus S et processus C. Le processus S est la composante homéostatique du besoin de sommeil et le processus C est l'influence de l'horloge interne, dont la tâche principale est de quitter la nuit pour un long sommeil.
"Process S, en revanche, est comme un sablier", dit Borbeli. - Pendant l'éveil, le sable est versé par le haut dans le récipient inférieur; lors de l'endormissement, l'horloge est retournée. Par conséquent, pour une sensation de bien repos, il est important non seulement combien de temps nous avons dormi d'affilée, mais aussi combien de temps nous avons passé pendant la journée à former le composant S. Et cela a une bonne application pratique, connue de beaucoup: si vous savez que dans la prochaine vous ne pourrez pas dormir suffisamment la nuit, vous pouvez essayer de dormir tôt au milieu de la journée précédente. Et puis vous vous sentirez beaucoup mieux.
Et ce n'est qu'un rapide coup d'œil sur le système responsable du sommeil. Comme le dit Jürgen Zulli, somnologue de Ratisbonne, «le sommeil n'est pas le repos, c'est un état de veille différent».
Anna Horuzhaya
