Modalités synchroniques : Le système de programmation

Système ponto-géniculo-occipItal. (PGO): Les données expérimentales qui ont été recueillies depuis 30 ans chez re chat ont permis d'arriver au concept d'un système ponto-géniculo-occipItal. (PGO) dans lequel on peut recueillir au cours du SP des ondes lentes de haut voltage appelées activité PGO. L'organisation de ce système peut être résumée ainsi (voir revue in Sakai, 1980, 1985; Steriade & McCarley, 1990). L'activité PGO dépend d'un groupe de neurones situés dans la partie dorso-latérale de la formation réticulée pontique. Il existe ainsi deux générateurs bilatéraux et symétriques que l'on peut diviser en deux subsystèmes: le premier, en relation avec la partie rostrale du cerveau, serait situé dans la région du noyau parabrachialis lateralis et son extension rostrale en avant du brachium conjunctivum. Le second, dans la région du noyau de Kolliker-Fuse, serait responsable des mouvements des yeux au cours du SP.

Les générateurs, probablement cholinergiques, de l'activité PGO ressemblent beaucoup à des "pacemaker" automatiques car l'activité PGO peut encore être enregistrée de façon périodique au niveau du pont chez une préparation pontique chronique (Jouvet, 1962) ou même chez la préparation pont isolé (Matsuzaki, 1969).

Le système, qui conduit l'information PGO depuis le pont jusqu'au noyau genouillé latéral et aux différentes aires corticales, a été délimité: à partir de chaque générateur monte une voie ipsilatérale qui se termine soit au niveau du noyau géniculé latéral (en excitant des récepteurs nicotiniques), soit sur le cortex visuel. Cette voie croise la ligne médiane au niveau de la commissure suprachiasmatique pour gagner le noyau géniculé controlatéral (Laurent, Cespuglio, & Jouvet, 1974). Les aires corticales sont excitées par l'intermédiaire de relais situés au niveau des noyaux intralaminaires du thalamus. Le générateur pontique envoie également des influences excitatrices au niveau du système oculomoteur controlatéral (Cespuglio, Laurent, & Jouvet, 1975).

Les cibles de l'activité PGO et le couplage sélection-programmation. Des enregistrements par microélectrodes chroniques au cours du SP, en corrélation avec l'enregistrement des PGO, ont fourni des données concordantes concernant la plupart des structures corticales et sous-corticales. Ainsi, au niveau sous-cortical, la formation réticulée pontique, mésencéphalique, le noyau rouge, le système pyramidal, etc., présentent une activité unitaire en corrélation étroite avec l'activité PGO. Au niveau du cortex visuel du chat, 40% des neurones sont sous la dépendance directe, ou indirecte, de l'activité PGO (voir références dans Steriade & Hobson, 1976). Les interneurones Golgi type II apparaissent comme des cibles spécifiques de l'activité PGO au niveau du cortex. Ils sont, en effet, silencieux au cours de l'éveil, tandis qu'ils présentent une activité de haute fréquence, contemporaine de l'activité PGO (Steriade, 1978).

Programmation génétique des récepteurs post-synaptiques des cibles sélectives de l'activité PGO. Il n'existe encore aucune donnée directe concernant la possible synthèse de récepteurs avant le SP et leur possible stabilisation au cours de celui-ci. Certains résultats sont indirectement en faveur de l'existence d'une synthèse protéique dépendant du SP. D'une part, une protéine de poids moléculaire élevé apparaît dans le cerveau lorsque de SP est rétabli après injection de SHTP chez un animal rendu insomniaque par l'injection préalable de P.chlorophénylalanine (Bobillier, Froment, Seguin, & Jouvet, 1973). D'autre part, le chloramphénicol a une action inhibitrice remarquable sur le SP. Il le supprime à forte dose (Petitjean, Buda, Janin, David, & Jouvet, 1979), tandis qu'à faible dose, il provoque un découplage entre l'activité PGO issue du générateur pontique et les réponses multiunitaires post-synaptiques de nombreuses structures cérébrales (Drucker-Colin, Zamora, Bernal-Pedraza, & Sosa, 1979). Etant,donné que le chloramphénicol peut inhiber la synthèse de récepteurs post-synaptiques (Ramirez, 1973), il apparaît possible que le découplage observé (suppression ou diminution relative de l'activité unitaire en rapport avec l'activité PGO) soit dû à l'inhibition de la synthèse des récepteurs génétiquement programmés au niveau des &brkbar;llules cibles. En ce cas, en effet, l'activité PGO ne peut plus entraîner les systèmes neuronaux commandés par les interneurones. Elle n'est plus que du bruit sans signification envahissant un cerveau dépourvu des récepteurs capables de lui fournir un programme: un rêve vide.

Les aspects synchroniques de la programmation. Les patterns ou structures d'occurrence de l'activité PGO défient toute classification, bien qu'un modèle semi markovien ait été réalisé chez le chat par Chouvet (1981) 1 . Il n'est pas possible ici de s'étendre sur les difficultés et les résultats de ces analyses. Très brièvement, le codage de l'activité PGO semble être constitué par deux processus différents. Le processus primaire (PGO isolé) est soumis à une distribution de Poisson. II représenterait l'activité automatique du générateur pontique. Le processus secondaire est semi markovien. Il exprimerait la réponse d'interneurones du système oculo-moteur et contiendrait déjà une part de l'expression de la programmation génétique car il est dépendant du premier processus. Il est en effet possible de modifier considérable ment les patterns de l'activité PGO au cours du SP par décortication (Jouvet, 1962).

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Pour cette raison, il est plus facile d'étudier les aspects synchroniques de la programmation au niveau d'effecteurs mis en jeu par les récepteurs génétiquement programmés et excités par le processus stochastique primaire. Chez l'animal (ou l'homme), cela n'est possible qu'au niveau des mouvements oculaires (qui sont les seuls effecteurs moteurs non inhibés au cours du SP). Les résultats obtenus chez des souris de deux souches génétiquement pures (BALB/C et C57BR) révèlent des structures d'occurrence fort différentes, tandis que l'analyse des hybrides de la pre mière génération et les répartitions exprimées sur les croisements en retour (Back Cross) confirme l'existence d'un déterminisme génétique de type dominant pour la souche BR (Cespuglio, Musolino, Debilly, Jouvet, & Valatx, 1975; Chouvet, 1981). Chez deux sous-espèces de babouins (Papio Papio et Papio hamadryas), Ben (1975) a également décrit une organisation différente des patterns d'activité PGO. Enfin, chez l'homme, Chouvet, Blois, Debilly et Jouvet (1983) on observé des variations interindividuelles considérables dans l'organisation temporelle des mouvements oculaires du SP chez 10 hommes adultes jeunes non apparentés alors que chez six paires de jumeaux homozygotes l'organisation était similaire.

En résumé, les résultats de l'analyse des mouvements oculaires du SP chez des souches de souris génétiquement pures et chez des jumeaux homozygotes humains sont en faveur d'une composante génétique. Cependant, les modalités d'occurrence (patterns) des mouvements oculaires ne permettent pas de deviner le type de comportement qui est programmé au cours du SP.

C'est pourquoi l'étude de la réponse de tous les effecteurs moteurs, qui sont normalement paralysés au cours du SP, a été entreprise. La délimitation des systèmes responsables de l'inhibition motrice au cours du SP a permis ainsi d'étudier, chez le chat, la résultante motrice de la programmation au cours du SP qui s'extériorise au cours du comportement onirique.

Le comportement onirique. L'inhibition totale du tonus musculaire, qui survient au cours du SP, est due à un mécanisme inhibiteur commandé par la partie médiane du locus coeruleus alpha dans le tegmentum pontique dorso-latéral. Des influences des cendantes inhibitrices, agissant par le relais de la formation réticulée bulbaire (noyau magnocellulaire) descendent dans la moelle épinière. Elles sont responsables de l'inhi bition pré- et post-synaptique des motoneurones et entraînent une atonie généralisée (voir revue in Chase & Morales, 1985). C'est en supprimant l'inhibition du tonus musculaire, qui entre en jeu au cours du SP qu'il est devenu possible de répertorier l'éthologie du répertoire des comportements oniriques (Henley & Morrison, 1969; Jouvet & Delorme, 1965; Sastre & Jouvet, 1979) En effet, le locus coeruleus qui est responsable de l'inhibition du tonus musculairc a une localisation proche, mais différente, du génerateur des PGO. Il est ainsi possible de le détruire, par coagulation ou par la seule lésion des corps cellulaires grâce à l'injection in situ d'acide iboténique, chez le chat, sans altérer l'activité du géncrateur PGO. Ainsi, la destruction bilatérale du locus coeruleus alpha ou des voies qui en sont issues au niveau du pont est suivie par l'apparition de comportements moteurs stéréotypés au cours du SP. Alors qu'il n'y a aucune modification du comportement au cours de l'éveil, ou du sommeil à ondes lentes, le début du SP s'accompagne d'une augmentation du tonus musculaire: le chat endormi relève alors la tête. Il va suivre ensuite quelque object inconnu dans sa cage et pourra même l'attaquer. D'autres fois, il peut présenter des comportements de rage ou de fuite. Nous avons également observé des comportements de toilette ou d'absorption de liquide sur le plancher de la cage, mais nous n'avons pas encore observé de comportement sexuel chez les chats mâles ou femelles qui ont été opérés.

La durée de chaque épisode de comportement onirique est variable. Parfois, un chat peut s'éveiller à la suite d'un bond violent, mais nous avons observé des com portements de poursuite de proie imaginaire pendant plus de 3 min. Pendant ces épisodes, le chat, dont les pupilles sont en myosis et les membranes nictitantes relâchées, ne réagit pas aux stimuli visuels ou auditifs qui lui sont présentés; même affamé, il ignore, dans sa déambulation onirique, la viande que l'on met dans sa cage, pour la dévorer immédiatement lors de son réveil.

L'analyse éthologique de ces comportement n'a pas permis de retrouver d`enchaîne ment stéréotypé typique et invariant. Chaque animal possède son propre répertoire. Un chat présentera chaque jour 60% de comportement d'agression, alors que chez l'autre, ce comportement sera presque absent, tandis que le comportement de toilette (sans but décernable) l'emportera. La faim ou la soif n'augmente pas les quantités respectives de comportement d'attaque ou de boisson.

Il est fort probable que l'activité PGO soit à la base de ces comportements puisqu'elle est toujours présente, dans ses processus primaire et secondaire, mais sa complexité a défié tout essai de corrélation avec les différents répertoires. Le chloramphénicol, à faible dose, diminue considérablement les stéréotypes des comportements oniriques (Aguilar-Roblero, Aranowsky, Drucker-Colin, Morrison, & Bayon, 1984). Le chat reste immobile, figé dans un SP vide de rêves, tandis que l'activité PGO est constituée presque exclusivement par les processus primaires (PGO isolé) et que l'activité multiunitaire du tronc cérébral, résultant de l'excitation des récepteurs post-synaptiques, diminue considérablement.

En résumé, il est possible d'objectiver, au cours du SP chez le chat, des programmes de comportement spontané, indépendant de l'environnement. L'organisation de ces programmes est caractéristique de chaque animal. Ces programmes disparaissent par administration d'inhibiteurs de la synthèse protéique qui peuvent inhiber la synthèse de récepteurs post-synaptiques. Il n'est pas possible d'effectuer des expériences con cernant la génétique du comportement chez le chat, c'est pourquoi il faudra attendre la réalisation de comportements oniriques chez des souris appartenant à différentes souches génétiquement pures. On pourra peut-être alors deviner, en constatant les différences éventuelles de ces comportements dans chaque souche, leur répartition chez les hybrides et les croisements en retour, sur quels chromosomes se situent le ou les gênes qui sélectionnent les cibles de l'activité PGO.

Le contrôle des afférences ou cours du SP: Ce phénomène est bien connu et ne s'observe qu'au cours de l'attention (ou de la distraction au cours de l'éveil) et au cours du SP. Il disparaît au cours du sommeil lent. Une diminution des réponses évoquées thalamiques ou corticales a, en effet, été constatée au niveau des systèmes somesthésiques, auditifs et visuels (voir revue dans Pompeiano, 1970). ll est probable que ce contrôle centrifuge soit responsable de l'augmentation importante du seuil d'éveil observé au cours du SP. Le mécanisme intime de ce contrôle est encore inconnu. II ne peut donc pas être supprimé. Il est donc impossible de vérifier l'hypothèse du rapport signal-bruit que nous avons exposé plus haut. Par exemple, la suppression du contrôle centrifuge modifie-t-elle le processus secondaire de l'activité PGO et sa traduction au niveau des comportements oniriques ?

Le sommeil comme gardien et condition de l'apparition du sommeil paradoxal: S'endormir signifie pour un animal que certaines conditions éco-éthologiques ont été réalisées: absence de danger externe (prédateurs) ou internes (douleur), c'est-à dire absence de mise en jeu des systèmes d'éveil. Il existe ainsi une relation significative entre la quantité de SP (et donc du sommeil) et des facteurs de sécurité (Allison & Cicchetti, 1976). Le sommeil est donc le gardien du SP, un processus potentiellement dangereux pour la survie de l'individu du fait de l'augmentation du seuil d'éveil et de l'atonie des principaux muscles.

L'apparition circadienne du sommeil à ondes lentes signifie également que les con ditions d'environnement sont voisines de la neutralité thermique (27°C). Le méta bolisme basal est alors diminué et les processus mis en jeu au cours du sommeil lent vont progressivement diminuer la température cérébrale, la consommation de glucose et d'oxygène, tandis que des réserves énergétiques s'accumulent sous forme de glycogène au niveau des cellules gliales (voir revue dans Giuditta, 1984). En même temps, l'activité des systèmes d'éveil (histaminergiques, catécholaminergiques, sérotonergiques, etc.) va diminuer, préparant l'ensemble des conditions suffi santes à l'apparition du SP. Certaines de ces conditions semblent mettre en jeu des processus énergétiques.

Le SP s'accompagne, en effet, d'une consommation de glucose au moins égale à celle de l'éveil, comme l'ont révélé les études avec le déoxyglucose ou la caméra à positrons (Franck, Salmon, Poirier, Sadzot, & Franco, 1987; Ramm & Frost, 1983). Il est probable, bien que cela n'est pas encore été vérifié, qu'il existe égale ment une augmentation de la consommation d'oxygène. Le SP est en effet sélectivement supprimé par l'hypoxie (qui peut augmenter le sommeil lent et/ou l'éveil; Baker & McGinty, 1979). Ainsi, l'utilisation du glucose et donc du pyruvate s'effectue par la voie aérobie du cycle de Krebs. Or cette voie est nécessaire à la synthèse de l'acétylCoA indispensable à la synthèse de l'acétylcholine (voir Gibson & Shimada, 1980). Selon cette hypothèse, ce serait la pyruvate deshydrogénase (PDH) qui régulerait la synthèse de l'acétylcholine. Cette enzyme peut être périodiquement activée ou inactivée par le niveau du potentiel Redox et/ou par l'intermédiaire de différents peptides (prolactine, insuline, etc.; voir revue dans Wieland, 1983). La PDH pourrait alors jouer un rôle important, sans doute non exclusif, dans le déterminisme de la périodicité du SP. Il est intéressant de constater que les neurones cholinergiques du pont et du bulbe (dont certains sont responsables du SP) sont particulièrement riches en PDH (Milner, Aoki, Sheer, Blass, & Pickel, 1987).

En conclusion, le sommeil à ondes lentes prépare les conditions suffisantes à l'apparition du SP selon plusieurs modalités. Son apparition témoigne à la fois de l'absence d'excitation des systèmes d'éveil et d'une température ambiante proche de la neutralité permettant la réduction du métabolisme, de l'activité sympathique et de la température cérébrale ainsi que la constitution de réserves énergétiques. Ces processus apparaissent nécessaires à la mise en jeu des neurones cholinergiques ponto-bulbaires responsables du SP. Leur activation nécessite l'utilisation du pyruvate par la voie oxydative. Ainsi le SP serait dépendant d'un neurotransmetteur, l'acétylcholine, dont la synthèse apparaît la plus étroitement contrôlée par des facteurs énergétiques.

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