Le sommeil est omniprésent dans tout le règne animal. Néanmoins, nous n'avons pas encore une bonne compréhension de ses fonctions. Nous devons nous attendre à ce qu'elles varient en fonction des diverses morphologies, physiologies, écologies et formes de vie des différentes espèces et groupes taxonomiques. De plus, une caractéristique apparemment universelle du sommeil, documentée dans chez les mouches, les vers, les rats et les humains, c'est qu'il prédomine au début du développement. Par conséquent, les approches comparatives combinées en matière de développement, dans la mesure du possible, sont susceptibles de prouver indispensable pour révéler les origines et les fonctions du sommeil.

Tous les animaux étudiés depuis les débuts de la recherche sur le sommeil présentent différentes formes de sommeil. L'exception au sein de des métazoaires sont les animaux qui ne dorment pas.
Le plus grand mystère du sommeil reste est sa fonction. Les auteurs annoncent que "peut-être aucun autre aspect de la vie des vertébrés est aussi important et pourtant toujours incompris". Nous savons pourquoi les animaux sont éveillés, notamment afin de permettre leur survie via l'alimentation, la prédation, la reproduction... Les fonctions du sommeil sont donc claires et l'avantage pour la survie des organismes, indéniable.

Mais du coup, pourquoi les animaux dorment-ils ?

Par analogie avec l'éveil, les fonctions remplies par le sommeil sont donc peut-être multiples et très corrélée à l'histoire évolutive des organismes. Ainsi, des approches comparatives sont donc nécessaires pour pouvoir retrouver les mécanismes et les fonctions à l'origine de l'évolution du sommeil.

Dans ce chapitre, les auteurs exposent le fait qu'une des caractéristiques universelle et omniprésente du sommeil est que ce dernier est prédominant très tôt dans le développement. Ainsi, des approches comparatives et développementales sont nécessaires pour pouvoir retrouver les origines et les fonctions du sommeil qui ont été sélectionnées au cours de l'évolution.

Le sommeil est un état comportemental. L’étude de systèmes émergents comme Caenorhabditis elegans, Sepia officinalis, Dario rerio ou encore Drosophilia melanogastor qui sont des animaux “simples” permettent de mettre en évidence les voies de régulation et les fonctions du sommeil au niveau moléculaire.

Les cycles d’éveil/sommeil et l’allocation de l’énergie

La théorie de la conservation d’énergie (1970-1995) a été la théorie la plus citée et la plus plausible pendant des dizaines d’années parmi toutes les théories quant à la fonction du sommeil. Cette théorie repose sur un principe simple : le sommeil réduit la dépense énergétique. Cependant, cette théorie n’est pas supportée par des résultats empiriques, au contraire. En général la préservation de l'énergie en dormant est plutôt faible comparé à la phase d’éveil et durant la phase REM du sommeil le cerveau est très actif, ce qui est caractéristique d’une dépense énergétique plus importante. Tous ces arguments ont donc été exposé en défaveur de cette théorie.

Plutôt que de raisonner en pensant que l’utilisation de l'énergie augmente et diminue de façon empirique, une autre théorie propose que des processus métaboliques sont plus performants en fonction des états de sommeil ou d'éveil des organismes. C’est la théorie de l’allocation de l’énergie. Par exemple des processus biologiques comme la thermorégulation et les mécanismes cellulaires nécessaires aux sens lors de la phase d’éveil sont réduits lors de la phase de sommeil tandis que l’énergie d’autres fonctions comme la biosynthèse moléculaire ou encore la consolidation de la mémoire sont augmentés pendant cette phase. Ainsi, il s’agirait d’un processus dynamique où la distribution de l'énergie est optimisée sur un cycle de 24h. L’un des avantage de cette théorie est qu’elle permet de prendre en compte l’histoire évolutive des taxons et de rendre compte de la diversité des phénotypes du sommeil dans le règne animal.

Développement des cycles ultradiens et circadiens

Au cours du développement, on retrouve deux niveaux pour considérer les cycles d’éveil et de sommeil. Le premier est caractérisé par des mouvements coordonnés et brusques et correspondent à la phase d’éveil (tonus musculaire important). Le second correspond à des mouvements très brefs, discrets, des soubresauts qui correspondent à la phase de sommeil active (atonie des muscles). Ces événements moteurs entraînent une cyclicité ultradienne (cycles qui interviennent plus d’une fois par jour).

L'approche développementale à donc pu mettre en avant qu'il existe des circuits neuronaux qui régulent les cycles du sommeil. Ainsi les phases de sommeil au cours du développement sont indépendantes et présentent des trajectoires différentes en fonction du type de sommeil considéré et de l'histoire de vie des espèces. Le sommeil polyphasique implique une succession de transitions entre le sommeil et l’éveil qui sont coûteuses d’un point de vue énergétique. Les mécanismes qui régulent ces transitions sont très probablement des cibles de modification évolutives.

Les auteurs finissent en annonçant qu'une véritable étude comparative du sommeil repose sur l'intégration de tous les paramètres propres aux organismes, les caractéristiques de leur développement et de leur histoire de vie ainsi que les fonctions associées. Il est possible que la première fonction du sommeil soit enfouie trop profondément dans le passé évolutif pour pouvoir être un jour retrouvée. Cependant, tous les outils scientifiques doivent être combinés pour continuer de répondre aux questions sur le sommeil puisqu'elles sont aujourd'hui à notre portée.

Le sommeil est un état comportemental complexe
Chez les mammifères et les oiseaux, il existe deux états de sommeil primaires : le sommeil lent (QS ou NREM) et le sommeil paradoxal (AS ou REM). Les manifestations comportementales du sommeil se reflètent dans les changements électrographiques des muscles par électromyographie, EMG et celle du cerveau par la mesure de l'activité corticale (électroencéphalographie ; EEG). Alors que l'EMG capture la suppression du tonus musculaire et du muscle phasique, l'EEG capte les ondes "delta" lentes caractéristiques du QS chez les mammifères et les oiseaux adultes. La présence d'une activité cérébrale semblable à celle d'un cerveau éveillé chez un animal qui dort se référant à la SA comme étant un sommeil paradoxal. Une troisième mesure électrographique, l'électrooculogramme (EOG), capture l'immobilité des yeux pendant le QS et les mouvements oculaires rapides (REMs) de l'AS. Cependant, lorsque les études portent sur des mammifères nouveau-nés, des vertébrés non mammifères ou des invertébrés, les mesures et critères conventionnels doivent être ajustés ou abandonnés.

Cycle sommeil-éveil et Allocation de l'Energie .
La théorie de la conservation de l'énergie, qui pendant des décennies a été parmi les plus plausibles et dans les théories du sommeil les plus citées, postule simplement que le sommeil réduit de façon générale les besoins en énergie. L'un des fondements de cette théorie stipule que les exigences métaboliques élevées de l'endothermie chez les mammifères et les oiseaux, en comparaison avec celles plus faible des poissons et reptiles, ont entraîné l'évolution du sommeil chez ces deux classes de vertébrés. Les économies d'énergie pendant le sommeil peut être maigre, pendant la SA, le SNC indique une augmentation de l’activité du métabolisme. La théorie de l'allocation de l'énergie durant le sommeil a récemment été proposé. Au lieu de considéré l'augmentation et à la diminution de la consommation d'énergie en bloc. Elle met l'accent sur les besoins énergétiques de l'individu en matière de croissance, d'entretien et de réparation, et de reproduction. Ces besoins varient selon l'âge et l'heure de la journée, ainsi que selon le SA, le SQ et l'état d'éveil. La théorie envisage que l’énergie placée dans certains processus biologiques, tels que la thermorégulation et une grande partie de la machinerie cellulaire nécessaires à l'éveil, sont réduites, tandis que l'énergie nécessaire à d'autres fonctions, telles que la biosynthèse de macromolécules et le métabolisme de consolidation de la mémoire, sont augmentées.Cette théorie permet de mieux comprendre comment le cycle veille-sommeil s'inscrit dans la diversité plus large des phénotypes de l'activité au repos.

Leçons tirées d'études comparatives sur le sommeil
Différentes approches sont utilisées pour étudier le sommeil, certaines vise à mieux comprendre le sommeil chez les humains en effectuant des expériences sur des animaux, comme les rongeurs de laboratoire. La découverte de plusieurs similitudes entre le sommeil chez les invertébré et les mammifères a établi les mouches comme un modèle puissant pour l'étude des mécanismes et des fonctions du sommeil. Les approches fondées sur des modèles et des comparaisons mettent généralement l'accent sur les similitudes plutôt que sur les différences d'une espèce à l'autre. Une fois que le sommeil a évolué, il a probablement assumé des fonctions supplémentaires, car plusieurs processus biologiques peuvent être exécutés plus efficacement pendant le sommeil. L'accent mis sur les différences peut aussi révéler comment des fonctions partagées peuvent être exécutées par le biais de différents mécanismes, ou même remettre en question la nécessité de certains mécanismes identifiés dans des études portant sur un seul groupe taxonomique. Par conséquent, en mettant autant l'accent sur les similitudes et les différences de sommeil entre les groupes taxonomiques élargie notre compréhension sur ce comportement complexe.

Le livre permet de réaliser un résumé des théories les plus admises du sommeil ainsi que de leur implication dans les mécanismes propres au système neuronal et/ou moléculaires. L'approche des auteurs est tout particulièrement intéressante puisqu'ils intègrent aux études déjà réalisées sur le sommeil une dimension développementale afin de comprendre l'évolution des fonctions.

Enfin, les auteurs présentent et argumentent une vision alternative du sommeil qui implique une multitude de fonctions plutôt qu'une seule, comme c'est le cas dans d'autres papiers.