Lorsque nous dormons, nos yeux sont normalement fermés. Une équipe de chercheurs dirigée par Caroline Lustenberger, Sarah Meissner et Nicole Wenderoth du Neuronal Motion Control Laboratory de l’ETH Zurich a observé que la taille de la pupille fluctue constamment pendant le sommeil.

La pupille pendant le sommeil

Tantôt elle s’agrandit, tantôt elle se rétrécit ; ces changements se produisent parfois en quelques secondes, parfois en quelques minutes. « Cette dynamique reflète l’état d’éveil ou le degré d’activation du cerveau dans les régions responsables de la régulation entre le sommeil et l’éveil « , explique Lustenberger. « Ces observations contredisent l’hypothèse précédente selon laquelle le niveau d’éveil pendant le sommeil est généralement faible.

Au contraire, ces fluctuations de la taille des pupilles démontrent que le cerveau lui-même passe constamment d’un niveau d’éveil plus élevé à un niveau plus bas pendant le sommeil. Ces nouveaux résultats confirment également pour l’homme ce que d’autres groupes de recherche ont récemment découvert dans des études sur les rongeurs, qui montrent également des fluctuations lentes de l’éveil (connu dans le monde scientifique sous le nom d’arousal). L’étude des chercheurs de l’ETH a été publiée récemment dans la revue Nature Communications.

La dynamique pupillaire n’est pas seulement liée aux différentes phases du sommeil

Les régions du cerveau qui contrôlent l’éveil sont situées profondément dans le tronc cérébral. Il a donc été difficile de mesurer directement ces processus chez l’homme pendant le sommeil. Les méthodes existantes sont techniquement exigeantes et n’ont pas encore été établies dans ce contexte. C’est pourquoi l’étude des chercheurs de l’ETH se base sur la mesure des pupilles. Les pupilles sont connues pour indiquer l’état d’éveil d’une personne. Elles peuvent donc être utilisées comme marqueurs de l’activité des régions profondes du cerveau.

Les chercheurs de l’ETH ont développé une nouvelle méthode pour étudier les changements dans les pupilles des humains pendant le sommeil : en utilisant une technique adhésive spéciale et un ruban adhésif transparent, ils ont pu garder les yeux des sujets testés ouverts pendant plusieurs heures. « Notre principale crainte était que les sujets ne puissent pas dormir les yeux ouverts. Mais dans une pièce sombre, la plupart des gens oublient que leurs yeux sont encore ouverts et peuvent dormir », explique l’auteur principal de l’étude, Manuel Carro Domínguez, qui a mis au point la technique.

L’analyse des données a montré que la dynamique de la pupille n’est pas seulement liée aux différentes phases du sommeil, mais aussi à des schémas spécifiques d’activité cérébrale, tels que les fuseaux de sommeil et les ondes de sommeil profond, des ondes cérébrales importantes pour la consolidation de la mémoire et la stabilité du sommeil. Les chercheurs ont également constaté que le cerveau réagit à des sons d’intensité différente en fonction du degré d’activation, qui se reflète dans la taille de la pupille.

Une petite région du tronc cérébral, appelée locus coeruleus, est un régulateur central du niveau d’éveil. Chez l’animal, les scientifiques ont montré qu’elle joue un rôle important dans la régulation des phases de sommeil et d’éveil. Dans cette étude, les chercheurs de l’ETH n’ont pas pu prouver que le locus coeruleus était directement responsable des modifications de la pupille. Les experts se sont contentés d’observer les modifications de la pupille liées au degré d’activation cérébrale et à l’activité cardiaque.

Dans une étude de suivi, les chercheurs veulent essayer d’influencer l’activité du locus coeruleus avec des médicaments pour étudier comment cela affecte la dynamique de la pupille. Ils espèrent découvrir si cette région du cerveau est réellement responsable du contrôle de la pupille pendant le sommeil et comment les changements du niveau d’éveil affectent le sommeil et ses fonctions.

Utiliser la dynamique de la pupille pour diagnostiquer des maladies

La compréhension de la dynamique de la pupille pendant le sommeil pourrait également fournir des données importantes pour le diagnostic et le traitement des troubles du sommeil et d’autres maladies. Les chercheurs veulent donc savoir si les changements de la pupille pendant le sommeil peuvent indiquer des troubles fonctionnels du système d’éveil. Il s’agit notamment de troubles tels que l’insomnie, le stress post-traumatique et peut-être la maladie d’Alzheimer.

Un autre objectif est que la technologie puisse être utilisée en dehors des laboratoires de sommeil, par exemple dans les hôpitaux, où elle pourrait aider à surveiller l’état d’éveil des patients comateux ou à diagnostiquer plus précisément les troubles du sommeil. Ainsi, la pupille en tant que fenêtre sur le cerveau pourrait ouvrir la voie à de nouvelles possibilités dans le domaine de la médecine du sommeil et des neurosciences.