Les rôles du locus coeruleus et du thalamus sur notre sommeil et la stimulation de notre cerveau
Des études menées par des chercheurs du GIGA Institute de l’Université de Liège en utilisant l’IRM 7 Tesla à ultra-haut champ magnétique permettent de mieux comprendre comment est régulé le sommeil et comment la lumière stimule notre cerveau. Ces découvertes font l’objet de deux publications dans les journaux JCI insight et Communications Biology.
Une tâche bleue liée au sommeil
Nous savons depuis longtemps que le sommeil est bon pour le cerveau. Nous savons aussi que la lumière ne sert pas uniquement à voir et mais qu’elle joue également un rôle important sur d’autres aspects tels que l’humeur. En échange, nous ne savons pas bien comment tout cela se passe dans notre cerveau. Deux études distinctes, menées par des chercheurs de l’Université de Liège qui ont eu recourt à l’IRM 7 Tesla de la plateforme GIGA-Centre de Recherche du Cyclotron, apportent des débuts d’explications.
Une équipe scientifique du Centre de Recherche du Cyclotron/In Vivo Imaging de l’ULiège (GIGA-CRC-IVI) vient de démontrer que la qualité de notre sommeil paradoxal (la partie du sommeil durant laquelle on rêve le plus) est liée à l’activité du locus coeruleus. Ce petit noyau du cerveau, de la taille d’un spaghetti d’environ deux centimètres, est situé à la base du cerveau (dans le tronc cérébral). Le locus coeruleus – « tâche bleue » en latin - doit son nom à sa couleur lorsqu’il est observé en autopsie. Il se projette sur à peu près toutes les zones du cerveau (et vers la moelle épinière) pour secréter un neuromodulateur qu’on appelle la noradrénaline. Cette noradrénaline est non seulement importante pour stimuler les neurones et les maintenir en était d’éveil, mais également pour toute une série de processus cognitifs tels que la mémoire, le traitement des émotions, le stress ou encore l’anxiété. Son activité stimulante doit diminuer pour permettre l‘endormissement et s’arrêter pour permettre le sommeil paradoxal. « Cela permet au sommeil paradoxal de travailler sans noradrénaline pour trier les synapses à conserver ou à éliminer pendant le sommeil et permettre une nouvelle journée pleine de nouvelles expériences », explique Gilles Vandewalle, chercheur FNRS et co-directeur du GIGA CRC-IVI.
La recherche animale a déjà démontré que le fonctionnement de ce petit noyau est essentiel pour le sommeil, mais aussi pour l’éveil. « Chez l’être humain, peu de choses ont pu être vérifiées à cause de la petite taille du noyau et de sa position profonde qui le rendent difficile à observer in vivo avec des IRM classiques, reprend Ekaterina Koshmanova, chercheuse au sein du laboratoire et première auteure de l’article publié dans JCI Insight (1). Grâce à la plus grande résolution de l’IRM 7 Tesla, nous avons pu isoler le noyau et en extraire l’activité pendant une tâche cognitive simple durant l’éveil et ainsi pu montrer que plus notre locus coeruleus est réactif la journée, moins bonne est la qualité perçue de notre sommeil et moins intense est notre sommeil paradoxal. » Cela semble être particulièrement vrai avec l’avancée en âge, car cet effet a été détecté uniquement chez les individus âgés de 50 à 70 ans inclus dans l’étude et non chez les jeunes adultes de 18 à 30 ans. Cette découverte pourrait expliquer pourquoi certaines personnes deviennent progressivement insomniaques avec l'âge. Des premiers résultats qui posent par ailleurs les bases d’études futures sur l’activité de ce petit noyau durant le sommeil et du rôle qu’il pourrait jouer dans l'insomnie et dans le lien qui existe entre le sommeil et la maladie d’Alzheimer.
Un réseau qui répand la lumière dans notre cerveau
Dans le même temps, la même équipe de recherche a tenté de mieux comprendre comment la lumière stimule notre cognition. La lumière agit un peu comme une tasse de café et nous aide à nous maintenir éveillés. C’est la raison pour laquelle, il est recommandé de ne pas s’éclairer trop le soir avec nos smartphones et nos tablettes. Cela peut en effet perturber notre sommeil. Par contre cette même lumière peut, durant la journée, nous aider. De plus en plus d’études ont démontré qu’un éclairage de qualité peut aider les étudiants dans les écoles, le personnel et les patients des hôpitaux ainsi que les employés d’entreprises. C’est la partie bleue de la lumière qui est la plus efficace pour cela, car nous avons dans l’œil des détecteurs de lumière bleue qui renseignent notre cerveau sur la qualité et la quantité de lumière environnante.
À nouveau les régions du cerveau responsables de cet impact stimulant de la lumière (appelé aussi impact « non-visuel » de la lumière) ne sont pas bien connues. « Elles sont petites et situées dans la partie sous-corticale du cerveau, explique Ilenia Paparella, doctorante FNRS au sein du laboratoire et première auteure de l’article publié dans Communications Biology (2) » L’équipe de chercheurs du GIGA-CRC-IVI, a à nouveau pu bénéficier de la plus grande résolution de l’IRM 7 Tesla pour montrer que le thalamus, une région sous-cortical située juste sous le corps calleux (qui relie nos deux hémisphères), joue un rôle de relais de l’information lumineuse non-visuelle vers le cortex pariétal dans une zone connue pour contrôler le niveau d’attention. «Nous connaissions son rôle important pour la vision, mais son rôle pour les aspects non-visuels n'était pas encore certain. Avec cette étude, nous avons pu démontrer que c’est le thalamus qui stimule les régions pariétales et non l’inverse, comme on aurait pu le penser.»
De nouvelles avancées dans notre connaissance du rôle du thalamus qui permettront, à terme, de proposer des solutions lumineuses qui aideront la cognition quand on a besoin d’être complètement éveillé et concentré, ou qui contribueront à mieux dormir via une lumière apaisante.
Références scientifiques
(1) Ekaterina Koshmanova1, Alexandre Berger1,2,3, Elise Beckers1,4, Islay Campbell1, Nasrin Mortazavi1, Roya Sharifpour1, Ilenia Paparella1, Fermin Balda1, Christian Berthomier5, Christian Degueldre1, Eric Salmon1,6,7, Laurent Lamalle1, Christine Bastin1,7, Maxime Van Egroo4, Christophe Phillips1,8, Pierre Maquet1,6, Fabienne Collette1,7, Vincenzo Muto1, Daphne Chylinski1, Heidi IL Jacobs4,9, Puneet Talwar1, Siya Sherif1, Gilles Vandewalle1, Locus Coeruleus activity while awake is associated with REM sleep quality in older individuals, JCI insight, doi: 10.1172/jci.insight.172008
1 Sleep and Chronobiology Lab, GIGA-Institute, CRC-In Vivo Imaging Unit, University of Liège, Liège, Belgium.
2 Institute of Neuroscience (IoNS), Université Catholique de Louvain (UCLouvain), Brussels, Belgium
3 Synergia Medical SA, Mont-Saint-Guibert, Belgium
4 Alzheimer Centre Limburg, School for Mental Health and Neuroscience, Faculty of Health, Medicine and Life Sciences, Maastricht University, The Netherlands.
5 Physip, Paris, France.
6 Neurology Department, Centre Hospitalier Universitaire de Liège, Liège, Belgium.
7 PsyNCog, University of Liège, Liège, Belgium
8 In silico medicine unit, GIGA-Institute, University of Liège, Liège, Belgium.
9 Gordon Center for Medical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, USA
(2) Ilenia Paparella1, Islay Campbell1, Roya Sharifpour1, Elise Beckers1,2, Alexandre Berger1,3,4, Jose Fermin Balda Aizpurua1, Ekaterina Koshmanova1, Nasrin Mortazavi1, Puneet Talwar1, Christian Degueldre1, Laurent Lamalle1, Siya Sherif1, Christophe Phillips1, Pierre Maquet1,5, Gilles Vandewalle1, Light modulates task-dependent thalamo-cortical connectivity during an auditory attentional task, Communications Biology, doi: 10.1038/s42003-023-05337-5.
1 Sleep and Chronobiology Lab, GIGA-Institute, CRC-In Vivo Imaging Unit, University of Liège, Liège, Belgium.
2 Alzheimer Centre Limburg, School for Mental Health and Neuroscience, Faculty of Health, Medicine and Life Sciences, Maastricht University, The Netherlands.
3 Institute of Neuroscience (IoNS), Université Catholique de Louvain (UCLouvain), Brussels, Belgium.
4 Synergia Medical SA, Mont-Saint-Guibert, Belgium.
5 Neurology Department, Centre Hospitalier Universitaire de Liège, Liège, Belgium
