Comment étudie-t-on le sommeil ?

Savez-vous pourquoi et comment vous dormez ? Savez-vous combien de temps chaque nuit vous dormez profondément, vous rêvez, à quel moments et pourquoi vous vous agitez, à quel rythme se produisent vos alternances de sommeil lent et de sommeil paradoxal, pourquoi au moment de vous endormir, vous avez froid, et vous vous réveillez en ayant chaud, pourquoi le "coup de pompe" de onze heures du matin, ou l'envie de sieste de début d'après-midi ? Seriez-vous capables de dire de combien d'heures de sommeil vous avez besoin pour être en forme, et à combien de cycles nocturnes, et surtout à des cycles de quelle durée cela correspond ? Quelle est votre heure "naturelle", physiologique, d'endormissement et quels en sont les signes d'approche ?

La manière de dormir, la durée totale nécessaire de sommeil, la durée de chaque cycle sont spécifiques à chaque individu, cérébralement programmées, sans doute génétiquement organisées, elles évoluent tout au long de notre vie, de la période foetale à la vieillesse. Or à des questions aussi simples concernant l'un des équilibres les plus précieux de notre vie, personne ou presque ne sait répondre.

Il est frappant de découvrir que l'information sur le sommeil dans notre société est nulle. Ouvrez un livre de biologie des lycéens de terminale scientifique. Les programmes scolaires rendent nos adolescents incollables sur la digestion, la circulation sanguine, les mécanismes de la reproduction et la transmission des caractères héréditaires, le fonctionnement du système nerveux ou les échanges cellulaires, les moyens de défense contre les infections et les mécanismes des réactions immunitaires, voire la théorie de l'évolution et les différents types de microscopes ! Par contre rien, pas un mot, pas une ligne sur le sommeil. Comme si cette fonction était secondaire, sans intérêt. On devient bachelier, à l'heure actuelle en France, en ignorant totalement ce qui se passe dans notre organisme pendant plus d'un tiers du temps de notre vie... Curieuse carence de l'Education nationale dont personne ne se plaint!

Personne ne se plaint, en fait, parce que personne ne connaît. Les médecins et pédiatres ignorent encore presque tout du sommeil de l'enfant normal, sur lequel les recherches fondamentales démarrent à peine. Rendez vous compte: d'Aristote à Piéron en 1913, seules quelques descriptions d'individus endormis avaient été possibles. Il a fallu attendre 1924, la découverte de l'électroencéphalographie par Hans Berger - EEG qui enregistre les faibles courants électriques émis par notre cerveau au cours de ses différentes activités, pour s'apercevoir qu'il existe une corrélation entre nos differents états de vigilance et certaines modifications de notre activité électrique cérébrale. Loomis aux États-Unis réalise en 1937 le premier enregistrement EEG nocturne de sommeil, mais c'est seulement vingt ans plus tard que débuteront les véritables études scientifiques des différents états de vigilance chez l'homme. En 1953, Aserinski et Kleitman découvrent le sommeil de rêve et sa traduction électrique; puis les travaux se succèdent: Dement en 1958 aux États-Unis sur le sommeil de l'adulte et Jouvet à Lyon en 1959 chez l'animal. Depuis cette époque, des dizaines de centres spécialisés pour l'étude du sommeil se sont ouverts, d'abord aux États-Unis, puis en Europe. Des milliers de tracés électroencéphalographiques ont été enregistrés, en très grande partie chez l'adulte jeune. Ces études ont permis de découvrir que notre sommeil est un état très complexe. Il ne s'agit pas du tout d'une mise en veilleuse de notre activité mentale et physique. Il s'agit d'un réel "état second", aussi varié et complexe à décrire que l'état de veille et où toutes nos fonctions biologiques sont modifiées. Bien sûr, l'activité électrique du cerveau est différente, spécifique des différentes phases du sommeil. Nous les décrirons longuement. Mais, et c'est là le point essentiel à réaliser, le sommeil est une période tout à fait particulière, où toutes nos autres caractéristiques biologiques vont se modifier rythmiquement: la température, le rythme cardiaque et le rythme respiratoire, la pression artérielle, le tonus musculaire, les sécrétions hormonales ont une histoire, une périodicité nocturne, que l'on peut enregistrer, mesurer, doser.

Nous sommes des êtres cycliques

Tout ce qui vit alterne. Cycle de la naissance, de la maturation et de la mort, cycles des saisons au cours d'une même année, cycles du jour et de la nuit, cycles différents de sommeil au cours d'une même nuit, cycles de la lune, cycles mensuels et menstruels des femmes, cycles longs, bi-annuels ou annuels, alternant là encore des périodes actives et des périodes plus ralenties. Ne sommes-nous pas les enfants de paysans pauvres qui travaillaient l'été, se reposaient l'hiver, avec des bonnes années où la chaleur et l'alimentation étaient abondantes, et des années de disette et de repli ?

Tout ce qui vit alterne des périodes d'activité et des périodes de repos. Cette périodicité existe d'abord chez les végétaux: alternance saisonnière bien sûr, mais aussi alternance journalière bien visible chez certaines fleurs. Ainsi les "belles de jour" ouvrent leurs corolles le matin et les referment le soir, tandis que les "belles de nuit" font le contraire.

Les insectes, les reptiles ont nettement des moments d'activité et des moments de repos. Les poissons s'immobilisent sur le ventre ou sur le côté, à la surface ou au fond de l'eau. Pour tous ces animaux, on parle de "dormance", pas encore de sommeil.

Le sommeil complexe, dans sa forme évoluée, est apparu il y a cent millions d'années avec les oiseaux, mais ce sommeil est encore très différent de notre sommeil humain. Par contre, plus haut dans l'échelle animale, les différents mammifères étudiés - chats, rats, singes - ont des états de vigilance très proches des nôtres. Les animaux chasseurs, les grands fauves, ont un sommeil plus profond que leurs proies, qui, elles, ont une plus large part de sommeil léger. Les animaux chassés ont très peu de sommeil paradoxal, dont la paralysie les rendrait très vulnérables. Les dauphins, eux, ne dorment systématiquement que d'un oeil, ou plus exactement d'un cerveau, puisqu'ils alternent des éveils du cerveau droit pendant que le gauche dort, puis l'inverse.

Notre sommeil d'hommes adultes conserve l'empreinte de cette évolution. Nous en retrouvons la trace dans les études de l'évolution phylogénétique des espèces, dans les recherches sur le sommeil des mammifères qui, tel le cochon d'Inde, naissent cérébralement adultes, dans celles sur le développement progressif du sommeil (études ontogénétiques) des espèces qui naissent, comme l'homme, très immatures: raton, chaton, bébé kangourou... Tous ces travaux nous permettent de mieux comprendre notre sommeil, son développement, certaines de ses anomalies. Ils permettent de lever un peu le mystère sur sa fonction. A quoi sert le sommeil, pourquoi dormons nous ? Questions auxquelles nous n'avons pas encore de vraies réponses.

Dans tout ce chapitre, nous nous attacherons à décrire les différents états de vigilance et les cycles de l'homme adulte. Il peut sembler surprenant, dans un livre consacré à l'enfant, de rédiger un chapitre entier sur le sommeil de l'adulte, pourtant cela nous paraît indispensable.

• Indispensable, car le sommeil de l'enfant n'est pas fondamentalement différent de celui de l'adulte, et qu'il sera beaucoup plus facile de le décrire ensuite par comparaison.
• Indispensable aussi, parce que le sommeil de l'adulte est l'aboutissement des modifications progressives des états de vigilance qui se construisent de la période foetale à la fin de l'adolescence.
• Indispensable enfin, car il n'est pas possible pour des parents de comprendre les éventuels problèmes de leur enfant sans être capables d'abord de comprendre leur propre sommeil et d'en analyser les difficultés.

Pour commencer, quelques définitions

Ce sont des notions arides, mais utiles à la compréhension des chapitres qui vont suivre. Elles permettent de décrire toute la série de rythmes qui programment notre vie.

• On appelle rythmes CIRCADIENS les alternances, aux environs de 24 heures, de certaines de nos fonctions biologiques, dont le rythme veille-sommeil est l'une des plus importantes. Dans les conditions normales, cette alternance est synchronisée par le rythme jour-nuit, par nos périodes d'activité et de repos.
• On appelle rythmes ULTRADIENS des périodes plus courtes, de quelques minutes à quelques heures, qui régulent nos jours et nos nuits. Les cycles nocturnes de sommeil de 1 h 30 à 2 heures, les alternances de sommeil lent et de sommeil paradoxal en sont les témoins, la nuit. Dans la journée, nous alternons des cycles de repos et d'activité, de fatigue et de grande efficacité: phases d'éveil actif au cours desquelles nous sommes très vigilants, et phases d'éveil passif au cours desquelles nous sommes beaucoup moins vifs, beaucoup moins efficaces. Ces rythmes influencent la plupart de nos fonctions biologiques: rythme cardiaque, rythme respiratoire. Ils modulent notre température corporelle, nos sécrétions internes. Ils influencent nos performances physiques et mentales, et nous connaissons bien le creux très net de nos possibilités de 13 ou 14 heures, alors que nous sommes généralement en pleine forme vers 17 heures.
• Notre vie est aussi modulée par des rythmes lents, dits INFRADIENS. Le plus classique est un rythme mensuel. Souvenez-vous du très beau film d'Eric Rohmer Les Nuits de la pleine lune, et dans Kaos des frères Taviani, de la merveilleuse séquence sur "le mal de lune".

Ce ne sont pas des inventions de cinéastes. Certaines insomnies sont visiblement rythmées par le cycle mensuel, et les statistiques de criminalité montrent une indiscutable aggravation au moment des pleines lunes !

D'autres rythmes, encore plus lents, saisonniers, bi annuels, annuels, voire tous les trois ou cinq ans, sont nettement repérables chez certains d'entre nous. Connaissez-vous les syndromes dépressifs minimes survenant pour une même personne chaque année à la même période ? Connaissez-vous l'évidente vulnérabilité des humains en hiver, leur besoin plus important de sommeil, la sensibilité aux infections, alors même que l'invention de l'éclairage artificiel et du chauffage central leur a désappris un besoin physiologique profond de repos. Par contre, notre société vient d'inventer les vacances d'été, repos au moment de notre plus grande capacité de travail, de moindre besoin de sommeil, et de nos meilleures performances physiques et intellectuelles...

Les trois états de vigilance

Encore quelques définitions, mais plus connues et beaucoup plus simples. Notre vie d'adultes est faite de la succession de trois états de vigilance, totalement différents les uns des autres, aussi bien dans notre comportement extérieur, visible, que dans leur traduction électroencéphalographique: l'éveil, le sommeil lent et le sommeil paradoxal.

- L'EVEIL, OU ÉTAT DE VEILLE, caractérise tous les moments conscients de notre vie, et représente chez l'adulte près des deux tiers du temps. Cet état oscille de façon plus ou moins rapide entre des temps d'éveil actif et des temps d'éveil passif.

• Au cours de l'éveil actif, nos yeux sont grands ouverts, brillants, très mobiles, nos gestes fréquents, rapides, précis, notre temps de réaction à toutes les stimulations qui nous entourent est très court, les réflexes sont vifs, notre envie de communiquer et notre facilité pour apprendre sont importantes. Notre cerveau est en alerte et l'activité électrique cérébrale recueillie sur l'EEG est rapide, peu ample. Il nous sera difficile de nous endormir au cours de cette période de veille active.
• A ces états actifs succèdent de façon périodique des états de veille passifs. Éveils au cours desquels nos gestes sont plus lents, nos yeux moins vifs, notre temps de réaction à ce qui nous entoure beaucoup plus long. Nous sommes moins bavards, plus distants, plus rêveurs, souvent plus frileux. A ce stade, nous avons envie de nous relaxer, de nous détendre, et il nous est facile de nous "laisser aller", de fermer les yeux et de nous endormir. Nos ondes électriques corticales, lorsque nous avons les yeux fermés, sont régulières, un peu plus amples et plus lentes que lors des états de veille actifs, de 8 à 12 ondes par seconde (activité type "alpha"). Cet état de veille relaxé est une porte ouverte sur le sommeil.

- LE SOMMEIL LENT est ainsi appelé car il est caractérisé par un ralentissement et une augmentation d'amplitude progressive des ondes électriques corticales. Il est dit aussi sommeil classique, sommeil orthodoxe.

Un adulte s'endort presque toujours en sommeil lent et ce sommeil représente chaque nuit environ 75 % à 80 % du sommeil total, soit environ 6 heures de sommeil lent pour une nuit de 8 heures. Ce sommeil peut être décomposé en quatre stades de profondeur croissante:

• Le stade I correspond à l'endormissement ou à un état de pré-réveil, périodes au cours desquelles nous sommes "entre deux eaux", pas tout à fait endormis, ni complètement réveillés. Les mouvements corporels se font rares.
• En stade II, nous dormons, mais ce sommeil est léger. Une porte qui claque chez le voisin nous réveillera. Il persiste une certaine activité mentale: rêves flous, plus proches d'une pensée d'éveil que d'images, rêves plus logiques, plus cohérents que ceux du sommeil paradoxal. L'activité électrique est de plus en plus lente. Les stades I et II représentent 50 % du sommeil total, soit 4 heures par nuit.
• Les stades III et IV correspondent à un sommeil très profond. La réactivité aux stimulations extérieures est très faible, l'immobilité à peu près totale. Le visage est inexpressif, l'activité mentale probablement très faible. Les yeux sous les paupières fermées sont immobiles (sommeil sans mouvement oculaire des Anglo-Saxons: non rapid eyes movement sleep: NREMS). Le pouls et le rythme respiratoire sont lents et réguliers. Par contre, le tonus musculaire est conservé, les muscles restent fermes, le corps à demi plié, les doigts serrés (dormir à poings fermés). S'il nous arrive de nous endormir debout, nous ne nous effondrerons pas. L'activité électrique cérébrale est lente et ample. Ces stades III et IV représentent environ 25 % du sommeil total, soit 2 heures par nuit.

- LE SOMMEIL PARADOXAL, OU SOMMEIL DE REVE, succède au sommeil lent. Il en est aussi différent que le sommeil lent est différent de l'éveil. Il a été nommé "paradoxal" par Michel Jouvet, devant le contraste entre un sujet complètement endormi, détendu, et l'enregistrement EEG d'une activité électrique corticale intense, avec des ondes rapides, peu amples, très proches de celles de l'éveil actif. Ce sommeil représente 20 à 25 % du sommeil total, soit, lui aussi, près de 2 heures par nuit.

L'activité électrique est le reflet d'une activité mentale intense, d'un véritable éveil cérébral, qui correspond au rêve. Si l'on réveille un dormeur pendant cette période, dans 80 % des cas il raconte une histoire de rêve très précise, très détaillée. Ces rêves sont fugaces, vite effacés de notre mémoire, ce qui peut nous faire croire que nous n'avons pas rêvé. Les rêves dont l'on se souvient au matin sont ceux des dernières minutes du sommeil paradoxal, juste avant notre réveil ssif. En effet, l'éveil spontané du matin survient souvent à la fin d'une phase de sommeil paradoxal.

En sommeil paradoxal, notre visage est le reflet de l'activité onirique. Il est mobile, expressif, plus "social" qu'en sommeil lent. Les paupières sont fermées, mais les yeux bougent très rapidement et ces mouvements sont visibles au travers des paupières (sommeil à mouvements oculaires rapides des Anglo-Saxons: REMS). Le pouls et la respiration sont aussi rapides qu'en phase d'éveil, mais plus irréguliers. Il peut de temps à autre exister quelques brefs mouvements corporels, mais, en pratique, la caractéristique de ce sommeil paradoxal est une hypotonie musculaire intense. Nous sommes complètement détendus, étalés, muscles relâchés, doigts ouverts. Endormi en position instable, la tête s'écroule, le corps se laisse tomber. Il existe une véritable paralysie transitoire qui, bien sûr, disparaît dès que nous sommes réveillés ou dans une nouvelle période de sommeil lent. Cette paralysie nous empêche peut-être de "passer à l'acte" au cours de nos rêves.

Deux tableaux peuvent résumer ces caractéristiques:

Que se passe-t-il au cours d'une nuit de sommeil?

Notre sommeil d'adulte est, dans les conditions habituelles (civilisation occidentale, travail de jour), essentiellement nocturne.

• Le besoin de sommeil survient généralement chaque soir à la même heure, annoncé par une sensation de fatigue, de faible activité mentale, de froid.
• Si nous nous couchons au moment où ces signes apparaissent, l'endormissement est rapide. La latence d'endormissement, temps qui s'écoule entre le moment où l'on a decidé de dormir, éteint la lumière, fermé les yeux et le moment où l'on s'endort vraiment sera brève, généralement moins de dix minutes. Ce paramètre est très important. Il mesure notre capacité d'endormissement.
• Nous nous endormons en sommeil lent, sommeil lent qui va durer en moyenne de 1h 10 à 1h 40. D'abord sommeil lent léger puis progressivement de plus en plus profond.
• A la fin de cette phase, nous passons en sommeil paradoxal pour 10 à 15 minutes.
• Une nuit complète représente l'enchaînement de 4, 5 ou 6 cycles de ce "train". La fin du sommeil paradoxal est marquée par une phase de pré-éveil très courte, insensible pour un dormeur normal, mais où l'éveil serait très facile. Puis, si aucune stimulation particulière ne le tire du sommeil, le dormeur enchaîne un nouveau cycle.

Quelques points intéressants:

• La durée d'un cycle est de lh 30 à 2 heures.
• La durée exacte d'un cycle est constante pour chacun d'entre nous, remarquablement stable tout au long de notre vie. Un dormeur qui connaît ses rythmes profonds devrait être capable de dire s'il dort par cycle de 90, 100, 110 ou 120 minutes. En pratique, ce n'est pas très facile.
• Si l'enchaînement de sommeil ne se fait pas au cours de la nuit, l'éveil pourra se prolonger pendant la durée normale d'un cycle. Beaucoup d'entre nous connaissent l'éveil de 4 à 6 heures du matin, pour se rendormir ensuite profondément.
• La qualité du sommeil se modifie au cours de la nuit. Dans le premier tiers, le sommeil lent est plus profond, plus prolongé : les deux premiers cycles comportent la presque totalité du sommeil lent profond. Le sommeil lent leger et le sommeil paradoxal sont proportionnellement plus importants en fin de nuit. La durée des périodes de sommeil paradoxal s'allonge d'un cycle à l'autre, les dernières phases étant aussi plus intenses, plus riches en mouvements oculaires.
• Même si nous dormons bien, nous nous réveillons la nuit: nous changeons de position environ 3 fois par nuit. Ces "micro-éveils" surviennent généralement en fin de cycle, au moment du passage d'une phase de sommeil paradoxal à une nouvelle phase de sommeil lent. Si ces micro-éveils durent moins de trois minutes, nous n'en gardons en fait aucun souvenir. Ces éveils sont plus longs et plus fréquents après les deux premiers cycles de sommeil, d'où une plus grande fréquence des réveils nocturnes, passé le premier tiers de la nuit.
• La quantité de sommeil lent profond est indépendante de la durée totale du sommeil. Par contre, elle est liée à la durée de l'éveil qui précède le sommeil, et à la qualité de cet éveil: une activité physique importante augmente la quantité de sommeil profond. Après une sieste d'après-midi, il y a relativement peu de sommeil lent profond, au bénéfice de plus de sommeil lent léger. En cas de privation de sommeil, par contre, nous rattrapons en priorité notre déficit en sommeil lent profond.
• La durée du sommeil paradoxal est par contre directement liée à la durée totale de notre nuit de sommeil: "Plus on dort, plus on rêve". En cas de privation de sommeil, les temps de sommeil paradoxal ne se rattraperont que si l'on en a le temps, après que les phases de sommeil lent profond auront pu, elles, se rattraper.
• Enfin le sommeil lent profond diminue avec l'âge, au bénéfice d'un sommeil beaucoup plus léger. De nombreu ses insomnies des personnes âgées ne sont, en fait, que des "impressions de mauvais sommeil", de sommeil trop léger, alors même que la durée totale du sommeil est très bonne, voire augmentée.

Les expériences "hors du temps"

Plusieurs études de "vie hors du temps", chez des sujets volontaires isolés dans des grottes ou dans des bunkers, ont été réalisées. La plus connue est celle de Michel Siffre, enfermé dans une grotte pendant plusieurs mois sans aucun repère temporel, ni communication avec l'extérieur. Les découvertes sur les rythmes profonds dans de telles conditions sont tout à fait passionnantes.

Le rythme biologique circadien profond, inné, n'est pas de 24 heures, mais de 25 heures. Aussi curieux que cela puisse paraître, en l'absence des donneurs de temps (synchroniseurs ou Zeitgebers en allemand) que sont les rythmes sociaux et les alternances jour-nuit, le rythme spontané s'installe sur 25 heures. En d'autres termes, les oscillations de la température, de la sécrétion du cortisol, et vraisemblablement aussi les rythmes de sommeil paradoxal, reculent d'une heure toutes les 24 heures. En libre cours, ce rythme reste très stable aux environs de 25 heures.

Au début de l'expérimentation, la périodicité du rythme veille-sommeil suit celle de la température corporelle et s'organise sur 25 heures. Le sujet se lève et se couche en se décalant d'une heure tous les jours par rapport à ses horaires habituels de 24 heures.

Au bout de quelques semaines d'expérience, on voit apparaître des anomalies du rythme veille-sommeil. L'alternance phases éveillées et phases de sommeil se poursuit, et garde une proportion stable de 2/3 d'éveil pour 1/3 de sommeil. Mais ces alternances se dérèglent. Certains cycles "jour-nuit" atteignent 60 heures, d'autres sont plus courts et ne durent que 12 heures environ. Pourtant, pendant toute cette période, le cycle de la température reste stable sur 25 heures. Le sujet vit donc souvent à contretemps de ses rythmes de cortisol et de température. Il dort en phase "chaude", s'active, travaille et mange en phase froide. Il n'existe plus de relation de phase stable entre, d'une part, la température, la sécrétion du cortisol et d'autres constantes biologiques, et d'autre part, les rythmes éveil-sommeil. Chacun de ces rythmes oscille de façon autonome. On parle alors de syndrome de désynchronisation interne.

Que dire de ces données ?

• Le rythme circadien inné est de 25 heures.
• Ce sont les donneurs de temps extérieurs, horaires sociaux, alternance jour/nuit, qui règlent chaque jour notre mécanisme biologique sur 24 heures, envoyant à notre corps et à notre cerveau des signaux qui leur permettent d'adapter nos rythmes internes à notre environnement.
• Les différents rythmes circadiens ne dépendent pas de la même régulation puisqu'ils peuvent se désynchroniser.