4.3 : Étapes du sommeil

Objectifs d'apprentissage

• Différencier le sommeil paradoxal et le sommeil non
• Décrire les différences entre les trois étapes du sommeil non paradoxal
• Comprendre le rôle du sommeil paradoxal et non paradoxal dans l'apprentissage et la mémoire

Le sommeil n'est pas un état d'être uniforme. Le sommeil est plutôt composé de plusieurs étapes différentes qui peuvent être différenciées les unes des autres par les modèles d'activité des ondes cérébrales qui se produisent à chaque étape. Lorsque nous sommes éveillés, l'activité des ondes cérébrales est dominée par les ondes bêta. Par rapport aux ondes cérébrales pendant le sommeil, les ondes bêta ont la fréquence la plus élevée (13 à 30 Hz) et la plus faible amplitude, et elles ont tendance à présenter une plus grande variabilité. Lorsque nous commençons à nous endormir, l'activité de nos ondes cérébrales change. Ces changements peuvent être visualisés à l'aide d'un EEG et se distinguent les uns des autres par la fréquence et l'amplitude de l'onde cérébrale. La fréquence d'une onde cérébrale est le nombre d'ondes cérébrales qui se produisent en une seconde, et la fréquence est mesurée en Hertz (Hz). L'amplitude est la hauteur de l'onde cérébrale (Figure 4.7). Le sommeil peut être divisé en deux phases générales différentes : le sommeil paradoxal et le sommeil non paradoxal (NREM). Le sommeil paradoxal (mouvements oculaires rapides) se caractérise par des mouvements brusques des yeux sous les paupières fermées. Les ondes cérébrales pendant le sommeil paradoxal ressemblent beaucoup aux ondes cérébrales pendant l'éveil. En revanche, le sommeil non paradoxal (NREM) est subdivisé en quatre stades qui se distinguent les uns des autres et de l'éveil par des modèles caractéristiques d'ondes cérébrales. Les trois premiers stades du sommeil sont le sommeil paradoxal, tandis que le quatrième et dernier stade du sommeil est le sommeil paradoxal. Dans cette section, nous aborderons chacune de ces étapes du sommeil et leurs schémas associés d'activité des ondes cérébrales.

Figure 4.7 L'activité des ondes cérébrales change radicalement au cours des différents stades du sommeil. (crédit « endormi » : modification de l'œuvre de Ryan Vaarsi)

Stades du sommeil NREM

Lorsque nous commençons à nous endormir, nous entrons dans le sommeil paradoxal et les ondes cérébrales diminuent en fréquence et augmentent en amplitude. Le premier stade du sommeil NREM est connu sous le nom de sommeil de stade 1. Le sommeil de stade 1 est une phase de transition qui se produit entre l'éveil et le sommeil, période pendant laquelle nous nous endormons. Pendant ce temps, il y a un ralentissement de la respiration et du rythme cardiaque. De plus, le sommeil de stade 1 implique une diminution marquée de la tension musculaire globale et de la température corporelle centrale.

En termes d'activité des ondes cérébrales, le sommeil de stade 1 est associé à la fois aux ondes alpha et thêta. La première partie du sommeil de stade 1 produit des ondes alpha. Ces modèles d'activité électrique (ondes) ressemblent à ceux d'une personne très détendue tout en étant éveillée, mais ils sont moins variables (ils sont plus synchronisés) et leur fréquence est relativement plus faible (8 à 12 Hz) et leur amplitude est plus élevée que les ondes bêta (Figure 4.8). Au fur et à mesure qu'une personne poursuit son sommeil de stade 1, l'activité des ondes thêta augmente. Les ondes thêta ont une fréquence encore plus basse (4—7 Hz) et une amplitude plus élevée que les ondes alpha. Il est relativement facile de réveiller quelqu'un après un sommeil de stade 1 ; en fait, les gens signalent souvent qu'ils n'ont pas dormi s'ils sont réveillés pendant le stade 1 du sommeil.

Figure 4.8 L'activité des ondes cérébrales change radicalement au cours des différents stades du sommeil.

À mesure que nous entrons dans le stade 2 du sommeil, le corps entre dans un état de relaxation profonde. Les ondes thêta dominent toujours l'activité du cerveau, mais elles sont interrompues par de brèves poussées d'activité appelées fuseaux de sommeil (Figure 4.9). Un fuseau du sommeil est une explosion rapide d'ondes cérébrales de haute fréquence qui peuvent être importantes pour l'apprentissage et la mémoire (Fogel et Smith, 2011 ; Poe, Walsh et Bjorness, 2010). De plus, l'apparition de complexes K est souvent associée au sommeil de stade 2. Un complexe K est un schéma d'activité cérébrale de très haute amplitude qui peut, dans certains cas, se produire en réponse à des stimuli environnementaux. Ainsi, les complexes K peuvent servir de passerelle vers des niveaux d'excitation plus élevés en réponse à ce qui se passe dans notre environnement (Halász, 1993 ; Steriade et Amzica, 1998).

Figure 4.9 Le sommeil de stade 2 se caractérise par l'apparition à la fois de fuseaux de sommeil et de complexes K.

Le sommeil de stade 3 du NREM est souvent appelé sommeil profond ou sommeil à ondes lentes car ce stade se caractérise par des ondes delta de basse fréquence (moins de 3 Hz) et de haute amplitude (Figure 4.10). Ces ondes delta ont la fréquence la plus basse et l'amplitude la plus élevée de nos ondes cérébrales endormies. Pendant cette période, le rythme cardiaque et la respiration d'une personne ralentissent considérablement, et il est beaucoup plus difficile de sortir quelqu'un du sommeil au stade 3 qu'au cours des premiers stades. Il est intéressant de noter que les personnes qui présentent des niveaux accrus d'activité des ondes cérébrales alpha (plus souvent associées à l'éveil et à la transition vers un sommeil de stade 1) au stade 3 déclarent souvent ne pas se sentir rafraîchies au réveil, quelle que soit la durée de leur sommeil (Stone, Taylor, McCrae, Kalsekar et Lichstein, 2008).

Figure 4.10 (a) Les ondes delta, qui sont de basse fréquence et de haute amplitude, caractérisent (b) le sommeil de stade 3 et de stade 4 à ondes lentes.

Dormir paradoxal

Comme mentionné précédemment, le sommeil paradoxal est marqué par des mouvements rapides des yeux. Les ondes cérébrales associées à ce stade du sommeil sont très similaires à celles observées lorsqu'une personne est éveillée, comme le montre la Figure 4.11, et il s'agit de la période de sommeil pendant laquelle les rêves se produisent. Elle est également associée à la paralysie des systèmes musculaires du corps, à l'exception de ceux qui rendent possibles la circulation et la respiration. Par conséquent, aucun mouvement musculaire volontaire ne se produit pendant le sommeil paradoxal chez une personne normale ; le sommeil paradoxal est souvent qualifié de sommeil paradoxal en raison de cette combinaison d'une activité cérébrale élevée et d'un manque de tonus musculaire. Comme le sommeil paradoxal, le sommeil paradoxal a été impliqué dans divers aspects de l'apprentissage et de la mémoire (Wagner, Gais et Born, 2001 ; Siegel, 2001).

Figure 4.11 (a) Une période de mouvements oculaires rapides est marquée par un court segment de ligne rouge. Les ondes cérébrales associées au sommeil paradoxal, décrites dans l'encadré rouge en (a), ressemblent beaucoup à celles observées (b) pendant l'éveil.

Si les personnes sont privées de sommeil paradoxal et qu'on leur permet ensuite de dormir sans être dérangées, elles passeront plus de temps en sommeil paradoxal, ce qui semblerait être un effort pour récupérer le temps perdu en sommeil paradoxal. C'est ce que l'on appelle le rebond paradoxal, et cela suggère que le sommeil paradoxal est également régulé de manière homéostatique. Outre le rôle que le sommeil paradoxal peut jouer dans les processus liés à l'apprentissage et à la mémoire, le sommeil paradoxal peut également être impliqué dans le traitement et la régulation des émotions. Dans de tels cas, le rebond paradoxal peut en fait représenter une réponse adaptative au stress chez les personnes non déprimées en supprimant l'importance émotionnelle des événements aversifs survenus pendant l'éveil (Suchecki, Tiba et Machado, 2012). Le manque de sommeil en général est associé à un certain nombre de conséquences négatives (Brown, 2012).

L'hypnogramme ci-dessous (Figure 4.12) montre le passage d'une personne à travers les différentes étapes du sommeil.

Figure 4.12 Un hypnogramme est un diagramme des étapes du sommeil telles qu'elles se produisent au cours d'une période de sommeil. Cet hypnogramme illustre la façon dont une personne traverse les différentes étapes du sommeil.

Lien vers l'apprentissage

Regardez cette vidéo sur les différentes étapes du sommeil pour en savoir plus.

Des rêves

Les rêves et leurs significations associées varient selon les cultures et les époques. À la fin du XIXe siècle, le psychiatre autrichien Sigmund Freud était convaincu que les rêves représentaient une opportunité d'accéder à l'inconscient. En analysant les rêves, Freud pensait que les gens pouvaient accroître leur conscience de soi et acquérir des connaissances précieuses pour les aider à faire face aux problèmes auxquels ils étaient confrontés dans leur vie. Freud a fait des distinctions entre le contenu manifeste et le contenu latent des rêves. Le contenu du manifeste est le contenu réel, ou le scénario, d'un rêve. Le contenu latent, en revanche, fait référence à la signification cachée d'un rêve. Par exemple, si une femme rêve d'être poursuivie par un serpent, Freud aurait pu soutenir que cela représente la peur de la femme à l'égard de l'intimité sexuelle, le serpent étant le symbole du pénis d'un homme.

Freud n'était pas le seul théoricien à se concentrer sur le contenu des rêves. Le psychiatre suisse du 20e siècle Carl Jung pensait que les rêves nous permettaient de puiser dans l'inconscient collectif. L'inconscient collectif, tel que décrit par Jung, est un dépôt théorique d'informations qu'il croyait être partagées par tous. Selon Jung, certains symboles présents dans les rêves reflétaient des archétypes universels dont les significations sont similaires pour toutes les personnes, indépendamment de leur culture ou de leur lieu de résidence.

La chercheuse sur le sommeil et les rêves Rosalind Cartwright pense toutefois que les rêves reflètent simplement des événements de la vie qui sont importants pour le rêveur. Contrairement à Freud et Jung, les idées de Cartwright sur le rêve ont trouvé un soutien empirique. Par exemple, elle et ses collègues ont publié une étude dans laquelle des femmes en instance de divorce étaient invitées à plusieurs reprises sur une période de cinq mois à indiquer dans quelle mesure leurs ex-conjoints pensaient. Ces mêmes femmes ont été réveillées pendant leur sommeil paradoxal afin de fournir un compte rendu détaillé du contenu de leurs rêves. Il y avait une corrélation positive significative entre la mesure dans laquelle les femmes pensaient à leur ancien conjoint pendant les heures de veille et le nombre de fois où leurs anciens conjoints apparaissaient comme des personnages de leurs rêves (Cartwright, Agargun, Kirkby et Friedman, 2006). Des recherches récentes (Horikawa, Tamaki, Miyawaki et Kamitani, 2013) ont révélé de nouvelles techniques permettant aux chercheurs de détecter et de classer efficacement les images visuelles qui se produisent pendant le rêve en utilisant l'IRMf pour la mesure neuronale des modèles d'activité cérébrale, ouvrant ainsi la voie à des recherches supplémentaires dans ce domaine zone.

Alan Hobson, neuroscientifique, est reconnu pour avoir développé la théorie de l'activation-synthèse du rêve. Les premières versions de cette théorie suggéraient que les rêves n'étaient pas les représentations pleines de sens de l'angoisse proposées par Freud et d'autres, mais plutôt le résultat de la tentative de notre cerveau de comprendre (« synthétiser ») l'activité neuronale (« activation ») qui se produisait pendant le sommeil paradoxal. Des adaptations récentes (par exemple, Hobson, 2002) continuent de mettre à jour la théorie sur la base de preuves accumulées. Hobson (2009) suggère par exemple que le rêve peut représenter un état de protoconscience. En d'autres termes, rêver implique de construire une réalité virtuelle dans notre tête que nous pourrions utiliser pour nous aider pendant l'éveil. Parmi diverses preuves neurobiologiques, John Hobson cite la recherche sur les rêves lucides comme une opportunité de mieux comprendre le rêve en général. Les rêves lucides sont des rêves dans lesquels certains aspects de l'éveil sont maintenus pendant un état de rêve. Dans un rêve lucide, une personne prend conscience du fait qu'elle rêve et peut ainsi contrôler le contenu du rêve (LaBerge, 1990).