Enseigner les Sciences de la nature

logo ensl   Logo du ministère de l'éducation
logo CIRI logo Immuniser Lyon
logo LBMC logo Musée Mérieux
Logo Inserm igfl igfl logo CREATIS
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo geo 3d
Logo de Lyon 1 logo lgltpe 
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo LBMC
logo LBMC
logos composé logo COP In My City logo Investissement d'avenirLogo du musée de Confluences
logo Météo France Logo du musée de Confluences
logo EVSlogo Grand Lyon

Structures et molécules du sommeil lent

Les structures nerveuses et les molécules impliquées dans le sommeil lent

Pascal Convers, Françoise Jauzein, INRP, ERTé ACCES, 2005


Le sommeil lent peut être défini simplement par plusieurs critères : l'immobilité, la perte de conscience et, au niveau de l'EEG, la présence de fuseaux (stade 2) et d'ondes lentes cérébrales (stade 3 et 4). L'objectif de cet article n'est pas de détailler toutes les structures nerveuses et toutes les molécules impliquées dans le sommeil lent mais de présenter de façon succincte les principales structures et les mécanismes impliqués.

Les structures nerveuses qui induisent le sommeil lent = le système anti-éveil

Le noyau préoptique et le GABA

Figure 1. Localisation du noyau préoptique (=VLPO)

Localisation du noyau préoptique (=VLPO)

Le noyau préoptique (=VLPO= Ventrolatéral preoptic nucleus) est localisé dans l'hypothalamus antérieur et est constitué de neurones GABA-ergiques (leur neurotransmetteur est le GABA =acide gama aminobutyrique). Ces neurones ont de nombreuses projections sur les neurones appartenant au système de l'éveil: neurones histaminergiques de l'hypothalamus postérieur, locus coeruleus (lien vers photo ou article éveil)

  1. Quelques arguments expérimentaux

    • Les observations de Von Economo (voir article sur l'éveil) montrent qu'une lésion de la région antérieure de l'hypothalamus induit une insomnie.

    • Il est possible de réinduire le sommeil après la lésion de la région préoptique (expérience réalisée sur le chat).

      Figure 2. Induction du sommeil

      Induction du sommeil

      La lésion des neurones du noyau préoptique (1 sur le document A) produit, une insomnie de plusieurs semaines (hypnogramme du document A). L'injection de muscimol (document B), un agoniste du GABA (molécule qui se fixe sur le récepteur d'une molécule endogène et entraîne le même effet que cette molécule: ici le GABA), au niveau de l'hypothalamus postérieur, entraîne l'apparition d'une hypersomnie en sommeil lent et un sommeil paradoxal pendant 18 h (hypnogramme du document B).

    • Des enregistrements de neurones montrent que les neurones du noyau préoptique sont plus actifs pendant le sommeil lent et pendant le sommeil paradoxal (Doc 3 Luppi) que pendant l'éveil

      Ces expériences montrent que le noyau préoptique situé dans l'hypothalamus antérieur, peut être considéré comme le générateur principal du sommeil lent.

  2. Synthèse

    Le noyau préoptique inhibe l'ensemble des systèmes aminergiques de l'éveil et facilite le sommeil en bloquant les structures de l'éveil. Les neurones du noyau préoptique sont actifs de façon spécifique pendant le sommeil lent. Ils sont inhibés par la NAd (Noradrénaline) ainsi que par d'autres neuromédiateurs du système de l'éveil (l'histamine et l'hypocrétine sont sans effet). Il recevrait des afférences du noyau suprachiasmatique (=horloge interne)

    Figure 3. Localisation du noyau préoptique et du noyau supra-chiasmatique

    Localisation du noyau préoptique et du noyau supra-chiasmatique

NB: Les somnifères agissent en stimulant le GABA (potentialisation de l'action du GABA en se fixant sur les récepteurs situés sur les neurones du système de l'éveil)

La sérotonine

Dans les années 1970 la sérotonine (5HT) était considérée comme responsable du sommeil à ondes lentes (en inhibant le ou les systèmes d'éveil connus à cette époque). Mais des expériences montrèrent que l'activité unitaire des neurones à 5HT (neurones du raphé dorsal principalement) était maximale pendant l'éveil et que la libération de 5HT était plus importante pendant l'éveil que pendant le sommeil. L'apparition du sommeil n'est donc pas liée à la libération synchrone de 5HT.

Figure 4. Localisation des noyaux du raphé

Localisation des noyaux du raphé

Cependant, l'injection de sérotonine (=5HTP) dans la région préoptique (=VLPO) d' un animal rendu insomniaque est suivie de la réapparition du sommeil. La sérotonine intervient alors certainement par l'intermédiaire des neurones GABAergiques de la région préoptique.

En bref, la libération de 5HT au niveau de la région préoptique entraînerait, selon un mécanisme d'intégration encore mal connu, l'inhibition du réseau exécutif de l'éveil ( dont fait partie le raphé) par les neurones GABAergiques du noyau préoptique.

Les substances hypnogènes

De nombreuses substances (ex: adénosine) et en particulier des peptides peuvent entraîner le sommeil mais il n'existe aucune preuve que l'absence d'un peptide (par blocage de sa synthèse) entraîne une insomnie prolongée. Ainsi, des molécules hypnogènes participent certainement aux rythmes veille-sommeil ( inhibition du système de l'éveil?) mais leur rôle est encore mal connu. A l'heure actuelle, le GABA constitue le neuromodulateur hypnogène le plus important.

Les structures nerveuses qui maintiennent le sommeil lent

Le système réticulo-thalamique

Si on enlève le système réticulo-thalamique on observe une disparition des fuseaux du SOL (Sommeil à Ondes Lentes) catractéristiques du stade 2 du sommeil. Le système réticulaire du thalamus est un centre pulsatile autonome. Quand il n'est pas inhibé par le système de l'éveil il émet une fréquence propre. Il est à l'origine de la genèse des fuseaux par les cellules corticales. Il est pour cela appelé le système générateur du sommeil ou Pace maker thalamique (lien vers article sur l'origine des fuseaux). Son activité cyclique serait à l'origine du blocage des messages sensoriels au début de l'endormissement. Ainsi s'expliquerait la perte de conscience du sommeil.

Les neurones GABAergiques du cortex

Les rythmes des stades 3 et 4 et les ondes lentes impliquent la boucle thalamo-corticale et l'origine du rythme delta (caractéristique du sommeil profond) semble être cortical et de fréquence plus basse de 3Hz à O,1 Hz. Ainsi les neurones GABAergiques du cortex participeraient au maintien du sommeil lent mais leur rôle et les mécanismes impliqués sont encore mal connus.

Bilan: l'endormissement 

Le sommeil à ondes lentes résulte de l'inhibition du réseau de l'éveil suivi d'une "desinhibition" du pace maker thalamique. Pace-maker dont l'activité rythmique est à l'origine des fuseaux et permettrait de maintenir le sommeil lent en empêchant le cortex d'effectuer les processus cognitifs qui nécessitent une activité rapide thalamo-corticale (comme ceux réalisés pendant l'éveil ou le rêve). Voir une synthèse.