Despite being a prominent aspect of animal life, sleep and its functions remain poorly understood. As with any biological process, the functions of sleep can only be fully understood when examined in the ecological context in which they evolved. Owing to technological constraints, until recently, sleep has primarily been examined in the artificial laboratory environment. However, new tools are enabling researchers to study sleep behaviour and neurophysiology in the wild. Here, we summarize the various methods that have enabled sleep researchers to go wild, their strengths and weaknesses, and the discoveries resulting from these first steps outside the laboratory. The initial studies to ‘go wild’ have revealed a wealth of interindividual variation in sleep, and shown that sleep duration is not even fixed within an individual, but instead varies in response to an assortment of ecological demands. Determining the costs and benefits of this inter- and intraindividual variation in sleep may reveal clues to the functions of sleep. Perhaps the greatest surprise from these initial studies is that the reduction in neurobehavioural performance resulting from sleep loss demonstrated in the laboratory is not an obligatory outcome of reduced sleep in the wild.
This article is part of the themed issue ‘Wild clocks: integrating chronobiology and ecology to understand timekeeping in free-living animals’.
Titre de la review
La recherche sur le sommeil devient "wild" : nouvelles méthodes et approches pour retrouver l'écologie, l'évolution et les fonctions du sommeil
La recherche sur le sommeil devient "wild" : nouvelles méthodes et approches pour retrouver l'écologie, l'évolution et les fonctions du sommeil
Résumé de la review
La review porte sur les nouvelles méthodes de recherche du sommeil et plus particulièrement de leur intégration dans un contexte naturel. Les auteurs soutiennent que l'environnement de laboratoire dans lequel la majorité des recherches sur le sommeil sont effectuées nuit à notre capacité à retrouver les fonctions du sommeil. En effet, le sommeil a été modelé par des facteurs environnementaux tout au long de l'évolution, donnant lieu à une très grande diversité de sommeil dans le règne animal et une plasticité importante intrinsèque à l'espèce pour répondre aux changements environnementaux. Les études sur le sommeil réalisées en milieu naturel permettraient donc de rendre compte de l'importance de l'écologie dans notre compréhension de l'évolution et des fonctions du sommeil.
Méthodes pour mesurer le sommeil en contexte naturel
Le sommeil de l'animal est observé directement sur le terrain. Cette méthode présente de nombreux désavantages. Il est compliqué d'observer les animaux qui se cachent dans leur environnement (terriers, canopée...). L'animal peut également montrer un comportement de sommeil perturbé en considérant que l'observateur est une menace et il peut être compliqué de pister certains animaux qui sont souvent en mouvement. C'est pour cela que la méthode d'enregistrement vidéo est préférée.
Les vidéos sont une méthode non-invasive qui présentent l'avantage de pouvoir être étudiées à plusieurs reprises et par des méthodes automatiques pour pouvoir quantifier le sommeil. Cette méthode ne permet pas de distinguer le sommeil REM du sommeil NREM si ces états ne sont pas corrélés avec le comportement de l'animal.
L'utilisation de balises radio est une méthode d'actigraphie est une méthode qui permet de mesurer les mouvements des animaux . Elles donnent des information sur la localisation et les mouvements, même à une échelle très fine. L'accelerometrie est une autre méthode pour mesurer l'activité de l'animal. Elle consiste à mesurer l'accélération due à la gravité et les mouvements de l'animal selon un plan 3D, ce qui donne des informations sur l'orientation de l'animal.
Bien que les méthodes non-invasives de l'étude du sommeil permettent d'avoir des informations pertinentes sur comment les animaux dorment en contexte naturel, il se peut quelles ne quantifient pas correctement la durée de sommeil. C'est la raison pour laquelle des enregistrements d'électroencéphalogramme (EEG) sont utilisés. Des électrodes sont insérées sur ou dans le crâne de l'animal afin de rendre compte de la durée ainsi que des phases REM et NREM de son sommeil.
Variation du sommeil en contexte naturel
L'étude de la variation infraspécifique du sommeil dans la nature permet d'obtenir des informations sur la fonction du sommeil et l'évolution de ses différentes stratégies. Les auteurs préconisent une approche d'écologie comportementale qui étudie le sommeil des individus en contexte naturel et avec une perspective évolutive. Ils considèrent les avantages et les désavantages de la fitness associée à la variation du sommeil.
Ces méthodes ont permis de rendre compte que le comportement pendant le sommeil (durée de sommeil) pouvait varier en fonction de la saison, de l'âge et du sexe des individus. Des facteurs environnementaux locaux peuvent également affecter le sommeil via la luminosité, la température, la présence de prédateurs et d'ectoparasites. Cependant, même en contrôlant tous ces paramètres, la durée du sommeil reste variable entre les individus. Cela suggère que le comportement lié au sommeil est spécifique à l'individu et qu'il est influencé par ses expériences, son développement et ses gènes.
Enfin, la durée du sommeil peut également être influencée par la sélection sexuelle, comme c'est le cas chez Calidris melatonos chez qui les mâles qui dorment le moins possèdent une fitness de reproduction plus importante que les autres.
La review porte sur les nouvelles méthodes de recherche du sommeil et plus particulièrement de leur intégration dans un contexte naturel. Les auteurs soutiennent que l'environnement de laboratoire dans lequel la majorité des recherches sur le sommeil sont effectuées nuit à notre capacité à retrouver les fonctions du sommeil. En effet, le sommeil a été modelé par des facteurs environnementaux tout au long de l'évolution, donnant lieu à une très grande diversité de sommeil dans le règne animal et une plasticité importante intrinsèque à l'espèce pour répondre aux changements environnementaux. Les études sur le sommeil réalisées en milieu naturel permettraient donc de rendre compte de l'importance de l'écologie dans notre compréhension de l'évolution et des fonctions du sommeil.
Méthodes pour mesurer le sommeil en contexte naturel
Le sommeil de l'animal est observé directement sur le terrain. Cette méthode présente de nombreux désavantages. Il est compliqué d'observer les animaux qui se cachent dans leur environnement (terriers, canopée...). L'animal peut également montrer un comportement de sommeil perturbé en considérant que l'observateur est une menace et il peut être compliqué de pister certains animaux qui sont souvent en mouvement. C'est pour cela que la méthode d'enregistrement vidéo est préférée.
Les vidéos sont une méthode non-invasive qui présentent l'avantage de pouvoir être étudiées à plusieurs reprises et par des méthodes automatiques pour pouvoir quantifier le sommeil. Cette méthode ne permet pas de distinguer le sommeil REM du sommeil NREM si ces états ne sont pas corrélés avec le comportement de l'animal.
L'utilisation de balises radio est une méthode d'actigraphie est une méthode qui permet de mesurer les mouvements des animaux . Elles donnent des information sur la localisation et les mouvements, même à une échelle très fine. L'accelerometrie est une autre méthode pour mesurer l'activité de l'animal. Elle consiste à mesurer l'accélération due à la gravité et les mouvements de l'animal selon un plan 3D, ce qui donne des informations sur l'orientation de l'animal.
Bien que les méthodes non-invasives de l'étude du sommeil permettent d'avoir des informations pertinentes sur comment les animaux dorment en contexte naturel, il se peut quelles ne quantifient pas correctement la durée de sommeil. C'est la raison pour laquelle des enregistrements d'électroencéphalogramme (EEG) sont utilisés. Des électrodes sont insérées sur ou dans le crâne de l'animal afin de rendre compte de la durée ainsi que des phases REM et NREM de son sommeil.
Variation du sommeil en contexte naturel
L'étude de la variation infraspécifique du sommeil dans la nature permet d'obtenir des informations sur la fonction du sommeil et l'évolution de ses différentes stratégies. Les auteurs préconisent une approche d'écologie comportementale qui étudie le sommeil des individus en contexte naturel et avec une perspective évolutive. Ils considèrent les avantages et les désavantages de la fitness associée à la variation du sommeil.
Ces méthodes ont permis de rendre compte que le comportement pendant le sommeil (durée de sommeil) pouvait varier en fonction de la saison, de l'âge et du sexe des individus. Des facteurs environnementaux locaux peuvent également affecter le sommeil via la luminosité, la température, la présence de prédateurs et d'ectoparasites. Cependant, même en contrôlant tous ces paramètres, la durée du sommeil reste variable entre les individus. Cela suggère que le comportement lié au sommeil est spécifique à l'individu et qu'il est influencé par ses expériences, son développement et ses gènes.
Enfin, la durée du sommeil peut également être influencée par la sélection sexuelle, comme c'est le cas chez Calidris melatonos chez qui les mâles qui dorment le moins possèdent une fitness de reproduction plus importante que les autres.
Ce que cette review apporte au débat
Cette review permet de montrer qu'il existe de la variation dans les phénotypes du sommeil et que cette variation peut être expliquée par les conditions environnementales. Les méthodes d'étude du sommeil en contexte naturel permettent d'en apprendre plus sur l'évolution des stratégies de sommeil au sein du règne animal. Elles permettent de mettre en avant les forces sélectives qui influencent le sommeil et de rendre compte des compromis écologiques entre le sommeil et l'éveil. Les auteurs émettent l'hypothèse que ces informations pourraient permettre de trouver des indices quant aux fonctions du sommeil.
Cette review permet de montrer qu'il existe de la variation dans les phénotypes du sommeil et que cette variation peut être expliquée par les conditions environnementales. Les méthodes d'étude du sommeil en contexte naturel permettent d'en apprendre plus sur l'évolution des stratégies de sommeil au sein du règne animal. Elles permettent de mettre en avant les forces sélectives qui influencent le sommeil et de rendre compte des compromis écologiques entre le sommeil et l'éveil. Les auteurs émettent l'hypothèse que ces informations pourraient permettre de trouver des indices quant aux fonctions du sommeil.
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