During sleep, animals do not eat, reproduce or forage. Sleeping animals are vulnerable to predation. Yet, the persistence of sleep despite evolutionary pressures, and the deleterious effects of sleep deprivation, indicate that sleep serves a function or functions that cannot easily be bypassed. Recent research demonstrates sleep to be phylogenetically far more pervasive than previously appreciated; it is possible that the very first animals slept. Here, we give an overview of sleep across various species, with the aim of determining its original purpose. Sleep exists in animals without cephalized nervous systems and can be influenced by non-neuronal signals, including those associated with metabolic rhythms. Together, these observations support the notion that sleep serves metabolic functions in neural and non-neural tissues.
Titre de la review
Explorer la phylogénie pour trouver la fonction du sommeil
Explorer la phylogénie pour retrouver la fonction du sommeil
Explorer la phylogénie pour trouver la fonction du sommeil
Résumé de la review
Critique des approches traditionnelle
L'article commence par mettre en avant une approche par privation de sommeil dans la majorité des études sur la fonction de celui-ci. Souvent les conséquences observées chez les organismes privées sont interprétées comme probables réponses permettant d'inférer la ou les fonctions du sommeil. Les auteurs critiquent ces conclusions en argumentant que ces conséquences ne révèlent pas nécessairement les fonctions "normales" du sommeil. Certaines conséquences pouvant résulter du protocole (par exemple le stress/lésions issue de la stimulation mécanique de l'organisme), plus généralement les processus physiologiques sont souvent interconnectés et une étude indique des mécanismes différents régulant le sommeil "naturel" du sommeil "réparateur" (réseaux neuronaux différents et génétiquement distinguable).
Autre approche proposée
En complément de ces critiques, les auteurs proposent une approche de la question par la phylogénie. Par cette approche, les auteurs souhaitent mettre en avant certaines fonctions semblant être conservées depuis l'état de sommeil ancestral, ainsi que des observations récentes de contrôle du sommeil par des tissues non neuronaux. Ces éléments sont interprétés comme indices d'une évolution originelle du sommeil comme état métabolique, servant des fonctions extérieurs au système nerveux.
Définition du sommeil
Les auteurs proposent trois critères clés pour définir le sommeil d'un point de vue comportemental. Une réduction de la réponse aux petits stimuli, une rapide réversibilité à l'état d'éveil si grand stimuli et une régulation homéostatique (une privation de sommeil entraine ensuite un sommeil plus long et/ou plus profond).
Après avoir fait une revue d'articles indiquant la présence de phase de sommeil dans divers organismes de moins en moins complexe, allant jusqu'à un organismes sans système nerveux centrale (cnidaire), les auteurs proposent une origine commune du sommeil, cette hypothèse étant la plus parcimonieuse.
Top-down Vs Bottom -up
Il est présenté que la pensée sur la régulation du sommeil a évoluée récemment suite à de nouvelles études. Il était pensé précédemment que le sommeil était contrôlé de manière top-down, le cerveau imposant à l'organisme le sommeil. Il a été montré que des réseaux neuronaux locaux peuvent se mettre en état de sommeil durant une période d'éveil pour l'organisme, induisant une perte d'efficacité pour le reste du réseau. Il peut être proposé qu'un sommeil global permet à l'organisme de récupérer complètement ces capacités optimales, et que le sommeil soit induit par un nombre suffisant de réseaux locaux en phase de sommeil. Ce dernier élément indiquerait un contrôle bottom-up et pourrait expliquer pourquoi le sommeil peut être détecté chez des organismes avec des réseaux neuronaux aussi peu développé que ceux des méduses.
Les neurones, essentiels au sommeil?
Les auteurs présentes des études indiquant le rôle de gènes codant pour des éléments musculaires. Leurs transcriptomes est visiblement relié au sommeil. Cette influence de tissues non-neuronaux soulève la question de la nécessité de neurones pour le sommeil.
Comme il est spéculé dans certaines études que le sommeil est induit/régulé par des mécanismes endocrines neuronaux, on peut se demander si des cellules produisant un signal endocrine ne pourrait pas induire un état de sommeil? Les auteurs spéculent que des études pourraient révéler des phases de sommeil chez des organismes sans neurones mais possédant des glandes secrétant des neuropeptides.
Les auteurs concluent notamment sur une origine qui semble remonter loin dans la phylogénie, et sur une probable modification de la définition du sommeil. Ce dernier point venant de rapprochement entre sommeil et métabolisme qui indique une forme et une origine beaucoup plus ancienne et profonde au sommeil que pensée jusqu'alors.
Le but de cette review est d'offrir une vue d’ensemble des états de sommeil observés chez différentes espèces et de mettre en évidence que certains aspects du sommeil sont très probablement conservés d'un état ancestral du sommeil.
Le sommeil au travers de la phylogénie
Le sommeil est défini d'un point de vue comportemental : il s'agit d'un état d'inactivité en période de quiescence associé à une réactivité réduite à des stimuli de faible intensité et un retour à l'état normal en cas de stimuli de forte intensité. On observe également des phases de repos en période d'activité lorsque le sommeil de l'animal à été perturbé.
Le sommeil chez les invertébrés se traduit par une immobilité, une réactivité amoindrie en période de quiescence et un état d'excitation sexuel réduit.
Le sommeil chez ces animaux est défini par un arrêt de l'alimentation, une réduction des mouvements et de la réactivité lors de la phase de léthargie à l'état larvaire.
Bien qu'ils ne possèdent pas de système nerveux central, ces animaux possèdent une fréquence de nage ralentie et une réactivité amoindrie la nuit,ce qui est caractéristique d'une phase de sommeil.
Ainsi, ces expériences montrent que posséder un cerveau ou un système nerveux central ne sont pas des conditions nécessaires au sommeil.
Indices d'un état ancestral du sommeil
Bien que présent chez la majorité des métazoaires, il est possible que le sommeil soit apparu de manière convergente au cours de l'évolution. Cependant, la conservation des processus de régulation neurochimiques du sommeil chez les clades de Metazoa semble indiquer le contraire. Parmi ces processus on peut citer le neurotransmetteur de la dopamine empêchant le sommeil (mammifères, invertébrés et nématodes), la mélatonine qui incite le sommeil (oiseaux, poissons, cnidaires, plathelminthes...) ou encore la privation de sommeil qui entraîne un stress cellulaire chez tous les animaux.
Les auteurs affirment ainsi que les propriétés partagées de la régulation et de la fonction du sommeil chez les animaux pointe vers une origine commune et ancienne.
Le sommeil et le système nerveux
Historiquement, il a été considéré que le sommeil jouait un rôle dans la régulation et la fonction neuronale. Cependant, la mise en évidence d'état de sommeil locaux qui permettent la récupération partielle chez des organismes(oiseaux, cétacés...) a remis en cause l'hypothèse de l'action du "haut vers le bas" des neurones du cerveau au profit de celle du "bas vers le haut" de certains groupes de neurones locaux. Ainsi, ce serait l'action combinée des différents groupes de neurones locaux qui entraînerait le sommeil total chez l'animal.
Le sommeil et le métabolisme
Certaines expériences ont pu montrer que des signaux provenant de tissus non-neuronaux pouvaient influencer très fortement la régulation du sommeil chez les animaux, notamment via des processus endocriniens. Cette découverte suggère donc que la fonction ancestrale du sommeil aurait pu résidé dans des tissus non-neuronaux et servir une fonction métabolique. En effet, la quantité de sommeil est augmentée lorsque les organismes sont en phase de développement ou malades pour permettre d'accorder plus d'énergie au développement ou bien à la défense contre les agents infectieux.
Le sommeil dépend d'une compartimentation temporaire métabolique. Cela permet de séparer les réactions chimiques incompatibles, de rediriger l'énergie consacrée aux processus neuronaux à d'autres mécanismes ailleurs dans l'organisme et de les faciliter.
Critique des approches traditionnelle
L'article commence par mettre en avant une approche par privation de sommeil dans la majorité des études sur la fonction de celui-ci. Souvent les conséquences observées chez les organismes privées sont interprétées comme probables réponses permettant d'inférer la ou les fonctions du sommeil. Les auteurs critiquent ces conclusions en argumentant que ces conséquences ne révèlent pas nécessairement les fonctions "normales" du sommeil. Certaines conséquences pouvant résulter du protocole (par exemple le stress/lésions issue de la stimulation mécanique de l'organisme), plus généralement les processus physiologiques sont souvent interconnectés et une étude indique des mécanismes différents régulant le sommeil "naturel" du sommeil "réparateur" (réseaux neuronaux différents et génétiquement distinguable).
Autre approche proposée
En complément de ces critiques, les auteurs proposent une approche de la question par la phylogénie. Par cette approche, les auteurs souhaitent mettre en avant certaines fonctions semblant être conservées depuis l'état de sommeil ancestral, ainsi que des observations récentes de contrôle du sommeil par des tissues non neuronaux. Ces éléments sont interprétés comme indices d'une évolution originelle du sommeil comme état métabolique, servant des fonctions extérieurs au système nerveux.
Définition du sommeil
Les auteurs proposent trois critères clés pour définir le sommeil d'un point de vue comportemental. Une réduction de la réponse aux petits stimuli, une rapide réversibilité à l'état d'éveil si grand stimuli et une régulation homéostatique (une privation de sommeil entraine ensuite un sommeil plus long et/ou plus profond).
Après avoir fait une revue d'articles indiquant la présence de phase de sommeil dans divers organismes de moins en moins complexe, allant jusqu'à un organismes sans système nerveux centrale (cnidaire), les auteurs proposent une origine commune du sommeil, cette hypothèse étant la plus parcimonieuse.
Top-down Vs Bottom -up
Il est présenté que la pensée sur la régulation du sommeil a évoluée récemment suite à de nouvelles études. Il était pensé précédemment que le sommeil était contrôlé de manière top-down, le cerveau imposant à l'organisme le sommeil. Il a été montré que des réseaux neuronaux locaux peuvent se mettre en état de sommeil durant une période d'éveil pour l'organisme, induisant une perte d'efficacité pour le reste du réseau. Il peut être proposé qu'un sommeil global permet à l'organisme de récupérer complètement ces capacités optimales, et que le sommeil soit induit par un nombre suffisant de réseaux locaux en phase de sommeil. Ce dernier élément indiquerait un contrôle bottom-up et pourrait expliquer pourquoi le sommeil peut être détecté chez des organismes avec des réseaux neuronaux aussi peu développé que ceux des méduses.
Les neurones, essentiels au sommeil?
Les auteurs présentes des études indiquant le rôle de gènes codant pour des éléments musculaires. Leurs transcriptomes est visiblement relié au sommeil. Cette influence de tissues non-neuronaux soulève la question de la nécessité de neurones pour le sommeil.
Comme il est spéculé dans certaines études que le sommeil est induit/régulé par des mécanismes endocrines neuronaux, on peut se demander si des cellules produisant un signal endocrine ne pourrait pas induire un état de sommeil? Les auteurs spéculent que des études pourraient révéler des phases de sommeil chez des organismes sans neurones mais possédant des glandes secrétant des neuropeptides.
Les auteurs concluent notamment sur une origine qui semble remonter loin dans la phylogénie, et sur une probable modification de la définition du sommeil. Ce dernier point venant de rapprochement entre sommeil et métabolisme qui indique une forme et une origine beaucoup plus ancienne et profonde au sommeil que pensée jusqu'alors.
Ce que cette review apporte au débat
La review remet en question la pertinence des études passées sur le sommeil, principalement sur les biais que peuvent entrainer les protocoles de privation de sommeil. En remplacement/complément, les auteurs proposent une approche phylogénétique.
Une définition comportemental du sommeil est proposée, permettant une reconnaissance "simple" du sommeil, même chez des organismes peu complexe.
Après avoir présenté un contrôle bottom-up du sommeil au niveau des réseaux neuronaux locaux (une des principales hypothèses actuelles), les auteurs proposent une nouvelle hypothèse: comme certain tissues non-neuronaux auraient une influence sur le sommeil, on peut imaginer que les neurones ne soit pas nécessaire à l'émergence du sommeil.
Les auteurs proposent enfin de conduire les futures recherches sur l'ensemble des phylums, et sur des liens entre métabolisme et sommeil pouvant peut-être apporter une réponse à l'émergence première du sommeil, expliquant ainsi la sélection originel de celui-ci.
La review remet en question la pertinence des études passées sur le sommeil, principalement sur les biais que peuvent entrainer les protocoles de privation de sommeil. En remplacement/complément, les auteurs proposent une approche phylogénétique.
Une définition comportemental du sommeil est proposée, permettant une reconnaissance "simple" du sommeil, même chez des organismes peu complexe.
Après avoir présenté un contrôle bottom-up du sommeil au niveau des réseaux neuronaux locaux (une des principales hypothèses actuelles), les auteurs proposent une nouvelle hypothèse: comme certain tissues non-neuronaux auraient une influence sur le sommeil, on peut imaginer que les neurones ne soit pas nécessaire à l'émergence du sommeil.
Les auteurs proposent enfin de conduire les futures recherches sur l'ensemble des phylums, et sur des liens entre métabolisme et sommeil pouvant peut-être apporter une réponse à l'émergence première du sommeil, expliquant ainsi la sélection originel de celui-ci.
Dernière modification il y a plus de 6 ans.