Une étude sur les souris révèle comment le cerveau élimine les déchets pendant le sommeil

Une nouvelle étude sur les souris donne un nouveau sens au vieil adage selon lequel une bonne nuit de sommeil éclaircit l’esprit.

Des chercheurs du centre médical de l'Université de Rochester ont découvert qu'un système récemment découvert qui évacue les déchets du cerveau est principalement actif pendant le sommeil.

«Cette étude montre que le cerveau a différents états fonctionnels lorsqu'il est endormi et lorsqu'il est éveillé», a déclaré Maiken Nedergaard, M.D., D.M.Sc., codirectrice du Center for Translational Neuromedicine de l'Université de Rochester Medical Center et auteur principal de l'étude.

«En fait, la nature réparatrice du sommeil semble être le résultat de l'élimination active des sous-produits de l'activité neuronale qui s'accumulent pendant l'éveil.»

L'étude, publiée dans la revue Science, révèle que la méthode unique d’élimination des déchets du cerveau - connue sous le nom de système glymphatique - est très active pendant le sommeil, éliminant les toxines responsables de la maladie d’Alzheimer et d’autres troubles neurologiques.

Les chercheurs ont également découvert que pendant le sommeil, la taille des cellules du cerveau diminue, ce qui permet d’éliminer plus efficacement les déchets.

Les nouvelles découvertes sont le résultat de la découverte l'année dernière par Nedergaard et ses collègues d'un système auparavant inconnu d'élimination des déchets et unique au cerveau.

Le système responsable de l'élimination des déchets cellulaires dans le reste du corps, le système lymphatique, ne s'étend pas au cerveau, a noté le chercheur. C'est parce que le cerveau maintient son propre «écosystème» fermé et est protégé par un système complexe de passerelles moléculaires - connu sous le nom de barrière hémato-encéphalique - qui contrôle ce qui entre et sort du cerveau.

À l'aide de nouvelles technologies d'imagerie, à savoir la microscopie à deux photos, les scientifiques ont pu observer chez des souris - dont le cerveau est remarquablement similaire à celui des humains - ce qui équivaut à un système de plomberie. Il pompe le liquide céphalo-rachidien (LCR) à travers les tissus du cerveau, renvoyant les déchets dans le système circulatoire où ils se dirigent finalement vers le système de circulation sanguine général et, finalement, le foie.

L'élimination rapide des déchets du cerveau est essentielle, où l'accumulation incontrôlée de protéines toxiques telles que la bêta amyloïde peut conduire à la maladie d'Alzheimer, expliquent les chercheurs. En fait, presque toutes les maladies neurodégénératives sont associées à l'accumulation de déchets cellulaires, ajoutent les chercheurs.

L'un des indices que le système glymphatique peut être plus actif pendant le sommeil était le fait que la quantité d'énergie consommée par le cerveau ne diminue pas considérablement pendant que nous dormons, expliquent les chercheurs. Parce que le pompage du LCR demande beaucoup d'énergie, les chercheurs ont émis l'hypothèse que le processus de nettoyage pourrait ne pas être compatible avec les fonctions que le cerveau doit accomplir lorsque nous sommes éveillés et traitons activement l'information.

Grâce à une série d'expériences sur des souris, les chercheurs ont observé que le système glymphatique était presque 10 fois plus actif pendant le sommeil - et que le cerveau endormi éliminait beaucoup plus d'amyloïde-bêta.

«Le cerveau n'a qu'une énergie limitée à sa disposition et il semble qu'il doive choisir entre deux états fonctionnels différents - éveillé et conscient ou endormi et en train de nettoyer», a déclaré Nedergaard.

«Vous pouvez penser à cela comme à une fête à la maison. Vous pouvez soit divertir les invités, soit nettoyer la maison, mais vous ne pouvez pas vraiment faire les deux en même temps. »

Une autre découverte qui a surpris les chercheurs est que les cellules du cerveau «rétrécissent» de 60% pendant le sommeil. Cette contraction crée plus d'espace entre les cellules et permet au LCR de se laver plus librement à travers le tissu cérébral, ont-ils déclaré.

Les chercheurs ont déclaré avoir également observé qu'une hormone appelée noradrénaline est moins active pendant le sommeil. Ce neurotransmetteur est connu pour être libéré en rafales lorsque le cerveau a besoin de devenir alerte, généralement en réponse à la peur ou à un autre stimulus externe.

Les chercheurs pensent que la noradrénaline pourrait servir de «maître régulateur» contrôlant la contraction et l'expansion des cellules du cerveau pendant les cycles veille-sommeil.

«Ces résultats ont des implications importantes pour le traitement de la maladie du« cerveau sale »comme celle d’Alzheimer», a déclaré Nedergaard.

«Comprendre précisément comment et quand le cerveau active le système glymphatique et élimine les déchets est une première étape essentielle dans les efforts visant à moduler potentiellement ce système et à le rendre plus efficace.»

Source: Centre médical de l'Université de Rochester