Publié dans Nature Communications ce mois-ci : étudier le rôle du sommeil grâce à l’imagerie fonctionnelle ultrasonore

Grâce à l’imagerie fonctionnelle ultrasonore, l’activité vasculaire du cerveau de rats a été enregistrée pour la toute première fois dans son ensemble pendant différentes phases de sommeil. L’étude, menée par l’équipe de Mickael Tanter (Inserm U979/Institut Langevin/CNRS/ESPCI Paris) en collaboration avec l’équipe de Ivan Cohen (Inserm UMR 8246/Institut de Biologie Paris Seine/Université Pierre et Marie Curie), a abouti à des observations inédites, publiées ce mois-ci dans Nature Communications.

L’imagerie fonctionnelle ultrasonore devient un outil de choix pour observer l’activité cérébrale et mieux comprendre la complexité des mécanismes à l’œuvre dans le cerveau. Cette technique permet d’imager les flux sanguins et leurs variations au cours du temps avec une excellente sensibilité et une très bonne résolution spatio-temporelle, et ce à l’échelle du cerveau entier, ce qui est actuellement impossible en neurosciences fondamentales. Autre avantage décisif par rapport aux autres méthodes d’imagerie cérébrale : les images sont collectées à l’aide d’une petite sonde positionnée sur la tête de l’animal sans entraver son comportement, contrairement à l’IRM qui requiert que le sujet reste immobile pendant l’acquisition.

L’activité cérébrale des rats a été enregistrée au cours de deux phases d’éveil (calme et active) et de deux phases de sommeil (rapid-eye-movement-sleep ou REMS, et non-REMS), ces deux dernières étant analogues aux phases de sommeil profond et sommeil paradoxal chez l’homme. L’analyse des données révèle que si l’activité vasculaire en sommeil profond est assez proche de celle pendant l’éveil calme, l’activité en sommeil paradoxal est largement supérieure à celle de l’éveil actif, et ce dans l’ensemble des régions du cerveau ! En y regardant de plus près, Mickael Tanter et Antoine Bergel ont découvert que cette activité en sommeil paradoxal est composée de vagues très intenses, qu’ils ont dénommé « poussées vasculaires », atteignant d’abord les régions sous-corticales avant de se propager le long de l’hippocampe puis dans le cortex ; ce schéma se répétant plusieurs fois au cours d’un même épisode, durant en moyenne 5 à 10 secondes. Plus surprenant encore, ils ont réussi à isoler un signal électrique caractéristique dans l’hippocampe (zone cruciale pour la mémoire), précédant les poussées vasculaires et permettant d’en prédire l’intensité. Cette dernière information est cruciale car elle permet d’identifier le type de neurones impliqué dans la genèse de ces événements vasculaires intenses, ouvrant des perspectives à leur régulation.

Ces résultats sont non seulement une avancée majeure pour la compréhension du couplage entre activité électrique et vasculaire, mais relancent également notre compréhension du sommeil paradoxal, dont la fonction reste encore mystérieuse. L’existence d’un signal électrique précurseur dans l’hippocampe suggère un lien fort avec la mémoire, mais l’étendue de ces poussées dans l’ensemble du cerveau semble remplir une fonction de régulation plus globale, potentiellement en lien avec le nettoyage glymphatique du cerveau. Ces données inédites d’imagerie fonctionnelle ultrasonore, pourront être prochainement confirmées chez le nouveau-né et ouvrent la voie à l’observation et la compréhension des mécanismes régulateurs du sommeil paradoxal et donc à des pistes de traitement pour les pathologies associées.

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