Toute personne ayant un chat ou chien vous dira qu'ils rêvent, car ces animaux présentent des comportements typiques de leur espèce, tout en étant endormis. Chez l'homme, le rêve s'élabore par la conjonction du sommeil paradoxal, de la mémoire et du langage.

Nous savons que si l'on réveille un donneur pendant une phase de sommeil paradoxal et qu'on lui demande s'il rêvait, nous avons 80 % de probabilités de recueillir un rêve comportant des images et actions. C'est pourquoi les rêves ont été associés au sommeil paradoxal. Or, une activité mentale existe aussi pendant le sommeil lent, mais elle se différencie souvent du rêve par sa pauvreté en images. Si l'on admet que le sommeil paradoxal s'accompagne de rêves, tous les oiseaux et les mammifères qui ont du sommeil paradoxal, devraient également avoir du rêve. De la même façon, l'absence de sommeil paradoxal chez les autres animaux exclurait l'existence d'une activité onirique. Toutefois, les rêves utilisent des éléments mémorisés, aussi bien dans la mémoire à court terme que dans celle à long terme.

Même si les structures cérébrales, nécessaires à la mémoire, existent chez une grande partie des animaux, nous connaissons très mal leur capacité de mémoire. Néanmoins, nous devons admettre que la grande majorité des animaux (à l'exception peut-être des insectes et des poissons) a probablement des traces mémorisées, nécessaires à la réalisation des rêves. Le dernier problème à résoudre reste le moyen de détection des rêves chez les animaux. Le seul outil est le langage, avec lequel nous communiquons le contenu de nos rêves.

L'absence de langage chez tous les autres animaux nous interdit de connaître leurs rêves. Nous avons tout de même un moyen expérimental qui consiste à abolir l'atonie musculaire caractéristique du sommeil paradoxal, et à ainsi observer le comportement de l'animal pendant les phases de sommeil paradoxal. Dans ces conditions, un chat présente des comportements typiques de jeu ou de chasse d'un objet ou d'une souris imaginaire ainsi que des comportements d'agressivité et de défense.

Tout laisse à penser qu'un chat, comme un homme, rêve de scénarii caractéristiques de son espèce pendant ses phases de sommeil paradoxal.

M. T.

...montrant les relations temporelles et les origines probables des reptiles, oiseaux et mammifères. Les lignes épaisses indiquent l'existence de fossiles permettant d'estimer les dates d'apparition des animaux, tandis que les lignes fines indiquent des relations phylogénétiques incertaines. Les reptiles (en vert) présentent des états de sommeil semblables au sommeil lent, mais il sont dépourvus de sommeil paradoxal. Celui-ci apparaît chez les oiseaux et les mammifères (en rouge), à deux exceptions près le dauphin et l'échidné. Par ailleurs, le sommeil de l'autre espèce de monotrème, l'ornithorynque (en noir), n'a pas encore été étudié. Enfin, le sommeil ne laissant pas de traces paléontologiques, nous ne saurons probablement jamais comment "dormaient" les dinosaures en gris), disparus il y a quelque 65 millions d'années.

L'échidné est l'un des deux représentants des monotrèmes encore vivants, l'autre étant l'ornithorynque. Ce sont les mammifères les plus anciens qui ont divergé des autres il y a environ 150 millions d'années. De ce fait, ils sont considérés comme des fossiles vivants. La première particularité de l'échidné est qu'il est ovipare, la seconde qu'il est un homéotherme imparfait: sa température cérébrale ne dépasse pas les 33°C et il peut hiberner. L'intérêt électrophysiologique qui lui est porté réside dans le fait qu'en 1972, Truett Allison a démontré l'existence du sommeil lent (S.L.) mais pas celle du sommeil paradoxal (S.P.). Or, s'agissant d'un mammifère fossile, on pense que l'étude de son sommeil doit nous renseigner sur les origines mêmes des différents types de sommeil. En fait, dès la première étude, un doute s'est installé sur l'existence du S.P. chez l'échidné car il présente des périodes de veille calme, sans tonus musculaire, accompagnées de mouvements oculaires semblables à ceux du S.P. Toutefois, la quasi-totalité des indices physiologiques, caractéristiques du S.P. des mammifères, est absente pendant ces périodes: le seuil d'éveil par stimulation est largement inférieur à celui du S.L., l'activité thêta hippocampique est absente, et le rythme cardiaque ne présente pas les irrégularités typiques du S.P.

L'échidné est devenu le point de référence de la phylogenèse du S.P. et, au cours des récentes années, de beaucoup de théories sur la fonction du S.P. Son absence chez l'échidné ne peut pas être expliquée par ses particularités physiologiques comme sa température basse, car d'autres animaux avec des températures semblables ont du S.P., notamment le tatou qui est probablement l'animal en présentant le plus. L'échidné contredit aussi les corrélations qu'on trouve chez l'ensemble des mammifères pour expliquer la quantité de S.P., à savoir: plus un animal est petit et léger plus il a de S.P., or l'échidné est relativement petit; plus le refuge d'un animal est sûr plus il a du S.P., or l'échidné s'enfouit dans la terre et dort en totale sécurité; plus un animal est immature à la naissance plus il a du S.P., même à l'âge adulte, or le petit échidné est extrêmement immature à l'éclosion de l'œuf.

Le mystère du sommeil de l'échidné commence peut-être à trouver un début de réponse, grâce aux travaux récents du professeur Siegel, aux États-Unis. Nous savons que l'activité électrique de certains neurones change de rythmicité et d'intensité, selon qu'un animal se trouve éveillé, en S.L. ou en S.P. Or, certains neurones, enregistrés directement dans le cerveau des échidnés, ont une activité électrique qui ne ressemble ni à celle du S.L. ni à celle du S.P. Pendant le sommeil de l'échidné, l'activité de ces neurones diminue comme pendant le S.L., mais sa variabilité augmente comme durant le S.P. Ainsi, il semble que l'échidné ne soit pas seulement dépourvu de S.P. mais également de S.L., comme celui défini chez les mammifères. Autre interprétation, le sommeil de l'échidné serait la forme primitive à partir de laquelle les deux sommeils ont évolué chez les mammifères. Si cette hypothèse s'avère exacte, nous aurons enfin trouvé un critère pour traquer les origines du sommeil et ses fonctions. Toutefois, il manque une dernière donnée à cette énigme. Nous savons que la quantité de S.P. diminue dramatiquement au cours de l'ontogenèse, les animaux adultes ayant environ cinq fois moins de S.P. que leurs nouveau-nés. Si des jeunes échidnés présentent très peu de S.P., ceci pourrait expliquer sa disparition chez les adultes. Des études sont encore nécessaires avant de se prononcer sur l'absence de S.P. chez cette espèce.

M. T.

Le sommeil des mammifères a évolué chez les animaux terrestres. Des adaptations sont mises en place chez les mammifères marins, la plus importante de celles-ci étant la nécessité de remonter à la surface pour respirer. Chez les dauphins, ainsi que chez certains autres cétacés et siréniens, le sommeil est unilatéral.

Pendant qu'un hémisphère cérébral montre des signes typiques du sommeil lent, l'autre hémisphère reste éveillé. Comme la respiration est volontaire chez ces animaux, cette particularité leur permet d'assurer simultanément deux fonctions vitales: dormir et respirer; car dormir de tout son cerveau provoquerait l'arrêt respiratoire et la mort de l'animal. Le dauphin, qui ne s'arrête jamais de nager même en dormant, ne semble pas avoir de sommeil paradoxal (S.P.). Il s'agit d'une exception car les autres mammifères malins étudiés, comme les phoques et les otaries, ont un S.P. comparable à celui des mammifères terrestres. Toutefois, il est possible que les dauphins aient un S.P. unilatéral, impossible à détecter. Cette incapacité est liée au fait que les autres signes de S.P., comme l'absence de tonus musculaire et de mouvements oculaires rapides, ne sont pas présents chez ces mammifères. L'impossibilité à mettre en évidence le S.P. chez les dauphins peut aussi être due aux conditions expérimentales d'étude en milieu clos. Nous n'apportons ainsi encore aucune explication à cette énigme.

M. T.

Les difficultés techniques d'étude de sommeil sont liées au fait que l'animal doit être préparé pour l'enregistrement polygraphique (EEG, EMG, EOG) pour être ensuite observé. Pour obtenir un rythme veille-sommeil proche de celui naturel d'un animal, l'idéal serait de faire l'expérimentation dans son milieu. Des techniques d'enregistrement télémétrique permettent d'équiper l'animal d'un émetteur, le libérant des câbles. Malheureusement, ces techniques ne sont pas généralisées et adaptées aux différentes espèces. Aussi, la quasi-totalité des études est réalisée au laboratoire. Même si l'enregistrement du sommeil nécessite une opération chirurgicale pour l'implantation d'électrodes, il s'agit d'une expérimentation animale parmi les moins traumatisantes. Toutes les précautions doivent être prises pour minimiser le stress et les manipulations invasives. Un animal ainsi préparé pour l'expérimentation vit normalement et en bonne santé pendant plus d'une année. L'étude du sommeil est effectuée par un spécialiste, souvent sous le contrôle des instances vétérinaires publiques et, sans exception, après l'obtention d'une autorisation d'un comité d'éthique qui vérifie la pertinence et la nécessité scientifique de l'expérimentation ainsi que les modalités strictes du respect des animaux.

M.T.

Le sommeil paradoxal n'est pas continu au cours du sommeil: il apparaît périodiquement et sa récurrence rythmique structure les cycles de sommeil. Sa périodicité est propre à chaque espèce animale: il se manifeste grossièrement toutes les 4 minutes de sommeil chez la souris, toutes les 12 minutes chez l'écureuil, toutes les 27 minutes chez le chat, toutes les 60 minutes chez le cheval, toutes les 90 minutes chez l'homme et toutes les 100 minutes chez l'éléphant.

Ces cycles réguliers d'une heure et demie chez l'homme ont fait couler beaucoup d'encre. En 1963, Nathaniel Kleitman a imaginé que ce cycle pourrait refléter pendant la nuit un rythme physiologique d'alternance éveil/repos dans la journée, comme la partie émergée d'un iceberg. Il a été suivi sur cette voie par de nombreux scientifiques à la recherche d'un rythme originel de 90 minutes qui gouvernerait mobilité, performances, système végétatif et hormones. Ces chercheurs se sont cependant heurtés à de nombreuses contradictions expérimentales, car ce rythme varie d'un individu à l'autre, d'une nuit à l'autre et même à l'intérieur d'une même nuit, avec des écarts atteignant 50 minutes.

Comme d'autres grandeurs physiologiques telles que la durée des cycles cardiaques, respiratoires ou de gestation, la périodicité du S.P. est inversement proportionnelle, à l'exception des ruminants, au métabolisme de base de ces animaux. Ainsi la souris, qui a un métabolisme de base 25 fois plus grand que l'éléphant (c'est-à-dire qu'elle consomme vingt cinq fois plus d'oxygène par gramme de poids et par heure), présente 25 fois plus souvent du S.P. que l'éléphant... Si la souris rêve plus fréquemment, elle rêve moins longtemps que l'éléphant. C'est ainsi que si nous comparons la durée d'un épisode de S.P. avec sa périodicité chez les 26 espèces animales pour lesquelles des données fiables sont disponibles, nous trouvons un rapport, dit "rapport cyclique", extrêmement fixe et proche de 4. Cela signifie que chaque cycle de sommeil comporte trois quarts de sommeil lent suivis d'un quart de S.P., et ce dans toutes les espèces animales.

A cette périodicité qui semble déterminée par le métabolisme de base de notre espèce, s'ajoutent des caractéristiques énergétiques cérébrales opposées entre sommeil lent et S.P. Ainsi, pendant le sommeil lent, les neurones corticaux qui fonctionnent de façon synchrone en quelque sorte au ralenti, réduisent d'un tiers leur consommation de glucose et d'oxygène. A l'inverse, en S.P., le cerveau se gorge de sang et les neurones hyperactifs consomment des quantités de glucose et d'oxygène telles qu'elles peuvent dépasser les valeurs de l'éveil. Un sommeil lent économe en énergie pour notre cerveau alterne ainsi régulièrement avec un S.P. luxueux et consommateur d'énergie. Les situations de carence énergétique cérébrale, telles que l'hypoglycémie, l'hypoxie, l'épilepsie et la fièvre s'accompagnent d'une réduction, voire d'une suppression du S.P. Il serait ainsi possible que des conditions énergétiques cérébrales favorables conditionnent l'apparition cyclique du S.P.

Pour mieux comprendre cette relation entre métabolisme énergétique cérébral et périodicité du S.P., nous avons pu modifier dans des conditions expérimentales très particulières la périodicité du S.P. chez le chat en donnant à respirer à ces animaux de l'oxygène pur. Le S.P. est alors apparu toutes les 30 minutes, soit deux fois plus souvent qu'avec de l'air normal. C'est un peu comme si l'on demandait subitement à une horloge de tourner deux fois plus vite, en lui fournissant en quelque sorte l'énergie pour le faire. C'est la première fois que l'on peut modifier de façon claire et reproductible le cycle du S.P., alors que ni les médicaments, ni l'exposition à des lumières discontinues ou continues, ni l'isolement temporel n'affectent cette périodicité. Ainsi, le métabolisme énergétique de l'animal, qu'il soit cérébral ou corporel, semble influencer fortement la périodicité de son S.P.

Isabelle Arnulf,
docteur en médecine

Malgré l'importance que certains scientifiques donnent au sommeil paradoxal pour le développement des fonctions supérieures du cerveau, les deux mammifères les plus primitifs (le tatou géant et l'opossum) présentent des quantités impressionnantes de sommeil paradoxal (S.P.), tandis que l'homme n'en a qu'une quantité très moyenne. En général, plus un animal dort, plus il présente de S.P.. Ainsi, le tatou géant et l'opossum sont de très gros dormeurs (18 heures par jour), tandis que les ruminants, comme la vache, sont de très petits dormeurs (environ 4 heures par jour). Il y a toutefois des exceptions à cette règle car le paresseux par exemple, qui peut dormir jusqu'à 17 heures par jour n'a que 72 minutes de S.P.

M. T.