Fonction du sommeil: vers l'élucidation d'une énigme

Cette review explore différentes théories sur la fonction du sommeil. Les théories explorées ont été sélectionnées sur leurs capacités à expliquer la valeur évolutive du sommeil ainsi que la baisse de réponse au stimuli.

Plusieurs éléments semblent indiquer que le sommeil est une propriété fondamental des réseaux neuronaux et suggère un contrôle bottom-up.

Le sommeil sert une fonction immunitaire

Des corrélations entre la présence des produits bactériens, des produits issus de la réponse endogènes immunitaire et une augmentation du sommeil ont été découverts, suggèrant que le sommeil sert les défenses immunitaires. Plusieurs études sont à l'appui de cette théorie, avec notamment des réductions de réponse des anticorps lors d'un manque de sommeil, des changements de caractéristiques du sommeil durant diverses maladies, des taux de mortalité inférieur corrélés avec une bonne qualité de sommeil. En revanche cette théorie n'explique pas pourquoi l'inconscience accompagne le sommeil, même si l'on peut y voir un intérêt évolutif: le sommeil permettant la conservation de calories durant une période de forte demande (fièvre).

Le sommeil réduit l'utilisation de calorie

Cette théorie veut que le sommeil serve à restaurer les réserves énergétiques, l'organisme ne pouvant le faire s'il continue à consommer la même quantité d'énergie que pendant l'état d'éveil. Le sommeil aurait pu être sélectionné en maximisant l'évitement de prédation ou l'économie d'énergie. Des cycles permettant ces gains étant sélectionnés étape par étape. Cette théorie manque d'éléments pour l'appuyer et la perte de réponse au stimuli environnemental n'est pas expliqué.

Le sommeil restaure des stocks d'énergie cérébral

Le sommeil pourrait servir à une fonction métabolique spécifique du cerveau. Cette théorie vient notamment de corrélation entre consommation de glucose par le cerveau et état de réveil/sommeil. La recherche sur cette théorie est en revanche bloqué par les limitations techniques quant au suivit de régulateur métabolique (ATP…) simultanément manipulé et analysé.

Le sommeil sert une fonction glymphatique

Cette théorie propose un flux accru des toxines du cerveau vers la circulation durant le sommeil. Durant l'éveil les cellules du cerveau accumulent de petites molécules, augmentant pression osmotique et volume, chargeant ainsi le liquide extra-cellulaire en déchets. Il est supposé qu'un système glymphatique lié au sommeil soit en charge d'enlever l'excès de fluide avec les particules qu'il contient. Des travaux sur Alzheimer ou sur le ratio fluide extra/intra cellulaire durant le sommeil ou l'anesthésie soutiennent cette hypothèse. Cette théorie manque de preuve et n'explique pas l'inconscience du sommeil.

Le sommeil restaure des performances dégradées par l'éveil

Le manque de sommeil entraine des pertes de performances à l'échelle de l'organisme et au niveau cognitif (colonne cortical). Il est donc proposé que le sommeil serve à restaurer des performances optimales. L'utilisation de réseaux neuronaux spécifique d'une tâche entraine un changement de potentiel des neurones. Ce changement entraine un sommeil local qui diminue la transmission d'information. De tels mécanismes peuvent expliquer la diminution des performances au fil du temps ainsi que l'état d'inertie en sortie de sommeil. Cette théorie reste à démontrer expérimentalement mais propose une explication évolutive intéressante.

Le sommeil sert une fonction de connectivité

Le sommeil pourrait-être impliqué dans divers fonction de connectivité. Par exemple il a été montré que le sommeil permet un renforcement synaptique ou favorise la formation de nouvelles synapses quand elles sont précédées par une expérience qui déclenche la plasticité neuronale. Il existe beaucoup d'autres théories de plasticité/connectivité (effacement de souvenirs obsolètes, consolidation de nouveaux souvenirs, stabilisation et préservation de la plasticité…). Aucune n'explique l'inconscience associé au sommeil.

Cette review apporte une proposition de cadrage intéressante de la question en ne retenant que les théories ayant une explication évolutive de la fonction et une explication pour le besoin ou la conséquence d'une perte importante de réponse aux stimuli. Elle propose aussi que le sommeil ait été sélectionné très tôt dans la complexification des organismes, avec l'apparition des premiers réseaux neuronaux. Elle conclut sur la mise en avant de la théorie voulant que le sommeil soit sélectionné pour assurer l'absence de comportements spécifiques durant des périodes optimales (suivant la niche de l'individus), ces comportements provenant des relations entrées/sorties propres aux réseaux neuronaux locaux ayant été sollicités.