Despite decades of intense study, the functions of sleep are still shrouded in mystery. The difficulty in under-standing these functions can be at least partly attributed to the varied manifestations of sleep in different an-imals. Daily sleep duration can range from 4–20 hrs among mammals, and sleep can manifest throughout thebrain, or it can alternate over time between cerebral hemispheres, depending on the species. Ecological fac-tors are likely to have shaped these and other sleep behaviors during evolution by altering the properties ofconserved arousal circuits in the brain. Nonetheless, core functions of sleep are likely to have arisen early andto have persisted to the present day in diverse organisms. This review will discuss the evolutionary forces thatmay be responsible for phylogenetic differences in sleep and the potential core functions that sleep fulfills.
Titre de la review
Déchiffrer les déterminants évolutifs du sommeil
Déchiffrer les déterminants évolutifs du sommeil
Résumé de la review
Cette review a pour but de mettre en évidence les forces évolutives qui sont à l'origine de la variabilité phylogénétique du sommeil observée chez les métazoaires. Elle discute également des potentielles fonctions fondamentales du sommeil, qui auraient trouvé leur origine très tôt dans l'histoire évolutive des animaux.
Hypothèses sur les déterminants évolutifs du sommeil
Il est difficile d'évaluer si les variations de sommeil observées au sein des métazoaires sont d'origine évolutives et sont intrinsèques à l'animal ou bien s'il s'agit d'un compromis entre le besoin de sommeil et les facteurs écologiques. La table 1 renseignée dans la figure permet de nous rendre compte de l'influence des déterminants écologiques et intrinsèques dans l'évolution du sommeil chez les métazoaires.
Comme le montre la table 1, la plupart des déterminants écologiques jouent un rôle d’inhibiteur du sommeil. En effet, l'environnement connaît des perturbations qui influencent constamment les organismes. Ces derniers doivent rester en état d'éveil afin d'exploiter leur environnement de satisfaire toutes les fonctions qui permettent leur survie.
Ce sont les déterminants intrinsèques du sommeil qui permettent de favoriser le sommeil chez les animaux.
Fonctions du sommeil
L'hypothèse de l'inactivité adaptative est l'hypothèse selon laquelle un organisme favoriserait le sommeil afin de profiter d'un métabolisme réduit. Il s'agirait d'un compromis évolutif entre l'état de sommeil (conservation de l'énergie) et d'éveil (survie, alimentation, reproduction...). Cependant, des auteurs contredisent cette hypothèse au profit de celle de l'allocation d'énergie. En effet, selon eux le sommeil permettrait la compartimentation de processus métaboliques antagonistes et/ou l'augmentation de l'efficacité de certains processus en fonction de si l'on se retrouve dans un état de sommeil ou d'éveil.
Les expériences de privation de sommeil réalisées chez une vaste diversité d’organismes (drosophiles, mammifères…) ont permis de montrer que cela compromettait leur mémoire. Il est donc possible que la consolidation de la mémoire soit une fonction centrale du sommeil. L’hypothèse alternative est celle de l’homéostasie du sommeil. Elle postule que l’activité prolongée en phase de sommeil augmente la connectivité et la force synaptique des synapses jusqu’à leur saturation (potentialisation à long terme). Le sommeil servirait donc à inverser les effets de la potentialisation à long terme (dépression synaptique à long terme) et ainsi permettre de préserver une partie de la force synaptique (mémoire).
L’évolution du sommeil NREM et REM
Ce type de sommeil est caractéristique des mammifères et des reptiles. Ces deux états sont donc très probablement hérités de l’ancêtre commun de la lignée des amniotes. Cependant, il est difficile d’évaluer l’origine phylogénétique de ces états. Il est probable que le sommeil REM est évolué en premier du point de vue de son affinité avec l’éveil et le sommeil NREM plus tard, notamment via l'acquisition de l’activité des ondes lentes (SWA) permettant la consolidation de la mémoire.
Les auteurs notent cependant que l’utilisation de corrélations électrophysiologiques du sommeil NREM et REM chez les non-amniotes ne sont pas pertinentes. En effet la structure même du cerveau ne permet pas de reconnaître ces états chez ces animaux. Cependant, on retrouve des indices d’un système de régulation ancestral du sommeil comme la présence d’homologues de la structure des systèmes d'oscillation des ondes neurales chez les poissons et les insectes. Ces oscillations seraient donc une forme ancienne de mémorisation, analogue du sommeil NREM.
Cette review a pour but de mettre en évidence les forces évolutives qui sont à l'origine de la variabilité phylogénétique du sommeil observée chez les métazoaires. Elle discute également des potentielles fonctions fondamentales du sommeil, qui auraient trouvé leur origine très tôt dans l'histoire évolutive des animaux.
Hypothèses sur les déterminants évolutifs du sommeil
Il est difficile d'évaluer si les variations de sommeil observées au sein des métazoaires sont d'origine évolutives et sont intrinsèques à l'animal ou bien s'il s'agit d'un compromis entre le besoin de sommeil et les facteurs écologiques. La table 1 renseignée dans la figure permet de nous rendre compte de l'influence des déterminants écologiques et intrinsèques dans l'évolution du sommeil chez les métazoaires.
Comme le montre la table 1, la plupart des déterminants écologiques jouent un rôle d’inhibiteur du sommeil. En effet, l'environnement connaît des perturbations qui influencent constamment les organismes. Ces derniers doivent rester en état d'éveil afin d'exploiter leur environnement de satisfaire toutes les fonctions qui permettent leur survie.
Ce sont les déterminants intrinsèques du sommeil qui permettent de favoriser le sommeil chez les animaux.
Fonctions du sommeil
L'hypothèse de l'inactivité adaptative est l'hypothèse selon laquelle un organisme favoriserait le sommeil afin de profiter d'un métabolisme réduit. Il s'agirait d'un compromis évolutif entre l'état de sommeil (conservation de l'énergie) et d'éveil (survie, alimentation, reproduction...). Cependant, des auteurs contredisent cette hypothèse au profit de celle de l'allocation d'énergie. En effet, selon eux le sommeil permettrait la compartimentation de processus métaboliques antagonistes et/ou l'augmentation de l'efficacité de certains processus en fonction de si l'on se retrouve dans un état de sommeil ou d'éveil.
Les expériences de privation de sommeil réalisées chez une vaste diversité d’organismes (drosophiles, mammifères…) ont permis de montrer que cela compromettait leur mémoire. Il est donc possible que la consolidation de la mémoire soit une fonction centrale du sommeil. L’hypothèse alternative est celle de l’homéostasie du sommeil. Elle postule que l’activité prolongée en phase de sommeil augmente la connectivité et la force synaptique des synapses jusqu’à leur saturation (potentialisation à long terme). Le sommeil servirait donc à inverser les effets de la potentialisation à long terme (dépression synaptique à long terme) et ainsi permettre de préserver une partie de la force synaptique (mémoire).
L’évolution du sommeil NREM et REM
Ce type de sommeil est caractéristique des mammifères et des reptiles. Ces deux états sont donc très probablement hérités de l’ancêtre commun de la lignée des amniotes. Cependant, il est difficile d’évaluer l’origine phylogénétique de ces états. Il est probable que le sommeil REM est évolué en premier du point de vue de son affinité avec l’éveil et le sommeil NREM plus tard, notamment via l'acquisition de l’activité des ondes lentes (SWA) permettant la consolidation de la mémoire.
Les auteurs notent cependant que l’utilisation de corrélations électrophysiologiques du sommeil NREM et REM chez les non-amniotes ne sont pas pertinentes. En effet la structure même du cerveau ne permet pas de reconnaître ces états chez ces animaux. Cependant, on retrouve des indices d’un système de régulation ancestral du sommeil comme la présence d’homologues de la structure des systèmes d'oscillation des ondes neurales chez les poissons et les insectes. Ces oscillations seraient donc une forme ancienne de mémorisation, analogue du sommeil NREM.
Rigueur de la review
Cette rewiew est rigoureuse dans l'ensemble. La méthodologie présentée porte cependant surtout sur l'étude des états du sommeil REM et NREM. Hors, cette méthode ne peut pas être utilisée pour étudier le sommeil chez des organismes non-amniotes. Bien que l'auteur propose des pistes de systèmes analogues des états du sommeil chez les non-amniotes, ces dernières ne sont pas assez explicitées. Ainsi, concernant le sommeil REM et NREM cette étude doit surtout être utilisée pour comprendre le sommeil chez les mammifères et les reptiles.
Cette rewiew est rigoureuse dans l'ensemble. La méthodologie présentée porte cependant surtout sur l'étude des états du sommeil REM et NREM. Hors, cette méthode ne peut pas être utilisée pour étudier le sommeil chez des organismes non-amniotes. Bien que l'auteur propose des pistes de systèmes analogues des états du sommeil chez les non-amniotes, ces dernières ne sont pas assez explicitées. Ainsi, concernant le sommeil REM et NREM cette étude doit surtout être utilisée pour comprendre le sommeil chez les mammifères et les reptiles.
Ce que cette review apporte au débat
Cette review permet de mettre en évidence la diversité des fonctions qui sont associées au sommeil chez les métazoaires. L'auteur résume les principales fonctions du sommeil supposées chez ce groupe et nous explique que ces dernières sont le résultats de l'influence des facteurs écologiques et de l'évolution sur le sommeil des animaux. Ainsi, pour retrouver les fonctions centrales du sommeil il est nécessaire de retrouver les mécanismes moléculaires régulateurs du sommeil les plus conservés au sein du règne animal.
L'auteur insiste également sur le fait que les hypothèses des fonctions du sommeil sont basées sur des corrélations. La grande diversité de corrélations suggère soit que le sommeil sert une multitude de fonctions ou bien que la fonction fondamentale du sommeil est tellement ancrée profondément qu'elle possède de nombreuses répercussions comportementales et physiologiques.
Cette review permet de mettre en évidence la diversité des fonctions qui sont associées au sommeil chez les métazoaires. L'auteur résume les principales fonctions du sommeil supposées chez ce groupe et nous explique que ces dernières sont le résultats de l'influence des facteurs écologiques et de l'évolution sur le sommeil des animaux. Ainsi, pour retrouver les fonctions centrales du sommeil il est nécessaire de retrouver les mécanismes moléculaires régulateurs du sommeil les plus conservés au sein du règne animal.
L'auteur insiste également sur le fait que les hypothèses des fonctions du sommeil sont basées sur des corrélations. La grande diversité de corrélations suggère soit que le sommeil sert une multitude de fonctions ou bien que la fonction fondamentale du sommeil est tellement ancrée profondément qu'elle possède de nombreuses répercussions comportementales et physiologiques.
Remarques sur la review
L'utilisation des méthodes NREM et REM est historiquement celle qui a été la plus utilisée pour étudier le sommeil. Ce n'est que depuis ces dernières années que la définition du sommeil à été adaptée à des organismes émergents et que la méthode moléculaire est plus largement utilisée pour retrouver la fonction du sommeil. Ainsi, il est tout à fait compréhensible que ce soit la méthode la plus ancienne (et celle dont on possède le plus de données) qui soit présentée dans cette review.
L'utilisation des méthodes NREM et REM est historiquement celle qui a été la plus utilisée pour étudier le sommeil. Ce n'est que depuis ces dernières années que la définition du sommeil à été adaptée à des organismes émergents et que la méthode moléculaire est plus largement utilisée pour retrouver la fonction du sommeil. Ainsi, il est tout à fait compréhensible que ce soit la méthode la plus ancienne (et celle dont on possède le plus de données) qui soit présentée dans cette review.
Figure
Figure issue de la review.
Table 1. Les facteurs déterminants hypothétiques du sommeil.
Figure issue de la review.
Table 1. Les facteurs déterminants hypothétiques du sommeil.
Dernière modification il y a plus de 6 ans.