La science du sommeil


Un article de Harvard Health

La science du sommeil : étapes et cycles

Rythmes circadiens, étapes du sommeil et architecture du sommeil

Femme au lit, enveloppée dans une couette, se reposant paisiblement

Les rythmes quotidiens naturels de votre corps sont régulés par des structures du cerveau qui aident à déterminer quand vous vous endormez et vous réveillez. Les gens progressent à travers une série d’étapes physiologiques distinctes pendant le sommeil. Chaque étape du sommeil sert un objectif important pour garder votre cerveau et votre corps en bonne santé. Pendant la nuit, ces phases de sommeil calme alternent avec des périodes de sommeil paradoxal (rêve). Le sommeil calme est important car il aide à restaurer le corps, tandis que le sommeil paradoxal restaure l’esprit et est important à la fois pour l’apprentissage et la mémoire.

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Votre horloge interne (rythmes circadiens)

Certaines structures cérébrales et produits chimiques produisent les états de sommeil et de veille. Par exemple, un mécanisme de type stimulateur cardiaque dans le cerveau régule les rythmes circadiens. (« Circadien » signifie « environ un jour ».) Cette horloge interne, qui s’établit progressivement au cours des premiers mois de la vie, contrôle les hauts et les bas quotidiens des schémas biologiques, y compris la température corporelle, la pression artérielle et la libération d’hormones.

Les rythmes circadiens rendent le désir de sommeil des gens plus fort entre minuit et l’aube, et dans une moindre mesure en milieu d’après-midi. Dans une étude, les chercheurs ont demandé à un groupe de personnes d’essayer de rester éveillé pendant 24 heures. Sans surprise, beaucoup ont glissé dans la sieste malgré tous leurs efforts pour ne pas le faire. Lorsque les enquêteurs ont tracé les heures auxquelles les siestes imprévues se sont produites, ils ont trouvé des pics entre 2 h et 4 h et entre 14 h et 15 h.

La plupart des Américains dorment la nuit en fonction de leurs rythmes circadiens, bien que beaucoup de ceux qui travaillent en semaine fassent une sieste l’après-midi le week-end. Dans les sociétés où la sieste est la norme, les gens peuvent répondre aux baisses quotidiennes de vigilance de leur corps par une sieste d’une à deux heures l’après-midi pendant la journée de travail et un sommeil plus court la nuit.

  • Lumière. L’exposition à la lumière au bon moment aide à maintenir l’horloge circadienne au bon moment. Cependant, une exposition au mauvais moment peut déplacer le sommeil et l’éveil vers des moments indésirables. Les troubles du rythme circadien et les problèmes de sommeil qui affectent jusqu’à 90 % des personnes aveugles démontrent l’importance de la lumière pour les schémas veille/sommeil.
  • Temps. Lorsqu’une personne lit les horloges, suit les horaires de travail et de train et exige que le corps reste alerte pour certaines tâches et événements sociaux, il existe une pression cognitive pour respecter les horaires.
  • Mélatonine. Les niveaux de mélatonine commencent à grimper après la tombée de la nuit et à baisser après l’aube. L’hormone induit la somnolence, et les scientifiques pensent que ses cycles quotidiens sensibles à la lumière aident à maintenir le cycle veille/sommeil sur la bonne voie.

Sommeil calme (sommeil non paradoxal)

Les ondes cérébralesLes scientifiques divisent le sommeil en deux types principaux :

1. Sommeil calme ou sommeil non paradoxal

2. Rêver de sommeil ou sommeil paradoxal

Étonnamment, ils sont aussi différents les uns des autres que l’un ou l’autre depuis le réveil.

Les spécialistes du sommeil ont qualifié le sommeil calme ou non paradoxal de « cerveau inactif dans un corps mobile ». Au cours de cette phase, la pensée et la plupart des fonctions corporelles ralentissent, mais des mouvements peuvent toujours se produire et une personne change souvent de position tout en s’enfonçant dans des phases de sommeil plus profondes.

Tomber dans un sommeil tranquille

Dans une certaine mesure, l’idée de « tomber » dans le sommeil est parallèle aux changements dans les schémas des ondes cérébrales au début du sommeil non paradoxal. Lorsque vous êtes éveillé, des milliards de cellules cérébrales reçoivent et analysent des informations sensorielles et coordonnent le comportement en s’envoyant des impulsions électriques. Si vous êtes complètement éveillé, un EEG enregistre un gribouillis désordonné et irrégulier d’activité. Une fois que vos yeux sont fermés et que votre cerveau ne reçoit plus d’entrée visuelle, les ondes cérébrales s’installent dans un schéma régulier et rythmique d’environ 10 cycles par seconde. Il s’agit du modèle d’onde alpha, caractéristique d’un éveil calme et détendu (voir Figure 1).

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La transition vers un sommeil calme est une transition rapide qui pourrait être assimilée à un interrupteur, c’est-à-dire que vous êtes soit éveillé (allumer) soit endormi (éteindre), selon les recherches.

À moins que quelque chose ne perturbe le processus, vous passerez en douceur à travers les trois étapes du sommeil calme.

Les trois étapes du sommeil calme (non REM)

Stade N1

En effectuant la transition de l’état de veille au sommeil léger, vous passez environ cinq minutes en phase de sommeil N1. Sur l’EEG, les ondes cérébrales prédominantes ralentissent à quatre à sept cycles par seconde, un schéma appelé ondes thêta (voir Figure 1). La température corporelle commence à baisser, les muscles se détendent et les yeux se déplacent souvent lentement d’un côté à l’autre. Les personnes au stade de sommeil N1 perdent conscience de leur environnement, mais elles sont facilement réveillées. Cependant, tout le monde ne vit pas le sommeil de stade N1 de la même manière : si elle est réveillée, une personne peut se souvenir d’avoir été somnolente, tandis qu’une autre peut décrire avoir dormi.

Stade N2

Cette première étape du vrai sommeil dure de 10 à 25 minutes. Vos yeux sont immobiles et votre rythme cardiaque et votre respiration sont plus lents que lorsque vous êtes éveillé. L’activité électrique de votre cerveau est irrégulière. De grandes ondes lentes se mêlent à de brèves rafales d’activité appelées fuseaux du sommeil, lorsque les ondes cérébrales s’accélèrent pendant environ une demi-seconde ou plus. Les scientifiques pensent que lorsque des fuseaux se produisent, le cerveau se déconnecte des entrées sensorielles extérieures et commence le processus de consolidation de la mémoire (qui implique l’organisation des souvenirs pour un stockage à long terme). Les tracés EEG montrent également un schéma appelé complexe K, qui, selon les scientifiques, représente une sorte de système de vigilance intégré qui vous permet de vous réveiller si nécessaire. Les complexes K peuvent également être provoqués par certains sons ou d’autres stimuli externes ou internes. Chuchotez le nom de quelqu’un pendant le sommeil de stade N2 et un complexe K apparaîtra sur l’EEG. Vous passez environ la moitié de la nuit en sommeil de stade N2.

Stade N3 (sommeil profond ou sommeil lent)

Finalement, de grandes ondes cérébrales lentes appelées ondes delta deviennent une caractéristique majeure de l’EEG et vous entrez dans un sommeil profond. La respiration devient plus régulière. La tension artérielle chute et le pouls ralentit à environ 20 à 30 % en dessous du rythme de veille. Le cerveau est moins sensible aux stimuli externes, ce qui rend difficile le réveil du dormeur.

Le sommeil profond semble être un moment où votre corps se renouvelle et se répare.

Le flux sanguin est moins dirigé vers votre cerveau, qui se refroidit de manière mesurable. Au début de cette étape, l’hypophyse libère une impulsion d’hormone de croissance qui stimule la croissance des tissus et la réparation musculaire. Les chercheurs ont également détecté une augmentation des taux sanguins de substances qui activent votre système immunitaire, ce qui soulève la possibilité que le sommeil profond aide le corps à se défendre contre les infections.

Normalement, les jeunes passent environ 20 % de leur temps de sommeil dans des périodes de sommeil profond pouvant durer jusqu’à une demi-heure, mais le sommeil profond est presque absent chez la plupart des personnes de plus de 65 ans. Lorsque vous dormez après une période de privation de sommeil, vous passez rapidement à travers les stades de sommeil légers vers les stades plus profonds et y passent une plus grande proportion de temps de sommeil. Cela suggère que le sommeil profond joue un rôle important dans la restauration de la vigilance et remplit un rôle essentiel dans le fonctionnement optimal d’une personne.

Sommeil de rêve (REM)

Le rêve se produit pendant le sommeil paradoxal (mouvements oculaires rapides), qui a été décrit comme un « cerveau actif dans un corps paralysé ». Votre cerveau s’emballe, pensant et rêvant, tandis que vos yeux vont et viennent rapidement derrière les paupières fermées. Votre température corporelle augmente. Votre tension artérielle augmente, et votre fréquence cardiaque et votre vitesse respiratoire atteignent les niveaux diurnes. Le système nerveux sympathique, qui crée la réaction de combat ou de fuite, est deux fois plus actif que lorsque vous êtes éveillé. Malgré toute cette activité, votre corps bouge à peine, à l’exception de secousses intermittentes ; les muscles qui ne sont pas nécessaires à la respiration ou aux mouvements oculaires sont calmes.

Le rôle du sommeil paradoxal

Tout comme le sommeil profond restaure votre corps, les scientifiques pensent que le sommeil paradoxal ou rêveur restaure votre esprit, peut-être en partie en aidant à éliminer les informations non pertinentes.

Des études sur la capacité des élèves à résoudre un puzzle complexe impliquant des formes abstraites suggèrent que le cerveau traite l’information du jour au lendemain ; les étudiants qui ont eu une bonne nuit de sommeil après avoir vu le puzzle s’en sont bien mieux sortis que ceux à qui on a demandé de résoudre le puzzle immédiatement.

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Des études antérieures ont montré que le sommeil paradoxal facilite l’apprentissage et la mémoire. Les personnes testées pour mesurer à quel point elles avaient appris une nouvelle tâche ont amélioré leurs scores après une nuit de sommeil. S’ils étaient soumis à des réveils périodiques qui les empêchaient d’avoir un sommeil paradoxal, les améliorations étaient perdues. En revanche, s’ils étaient réveillés un nombre égal de fois d’un sommeil profond, les améliorations des scores n’étaient pas affectées. Ces résultats peuvent aider à expliquer pourquoi les élèves qui restent éveillés toute la nuit à préparer un examen retiennent généralement moins d’informations que leurs camarades de classe qui dorment un peu.

Environ 3 à 5 fois par nuit, soit environ toutes les 90 minutes, vous entrez en sommeil paradoxal

Le premier épisode de ce type ne dure généralement que quelques minutes, mais le temps REM augmente progressivement au cours de la nuit. La dernière période de sommeil paradoxal peut durer une demi-heure.

Si vous êtes privé de sommeil paradoxal et que vous avez ensuite droit à une nuit suivante de sommeil non perturbé, vous entrerez dans cette phase plus tôt et y passerez une plus grande proportion de temps de sommeil, un phénomène appelé rebond paradoxal.

Architecture du sommeil

Pendant la nuit, un dormeur normal passe d’une phase de sommeil à l’autre selon un schéma assez prévisible, alternant entre sommeil paradoxal et non paradoxal. Lorsque ces étapes sont représentées sur un diagramme, appelé hypnogramme (voir la figure 2), les différents niveaux ressemblent à un dessin d’un horizon urbain. Les experts du sommeil appellent ce modèle l’architecture du sommeil.

Chez un jeune adulte, l’architecture normale du sommeil consiste généralement en quatre ou cinq périodes alternées non REM et REM. La plupart des sommeils profonds se produisent dans la première moitié de la nuit. Au fur et à mesure que la nuit avance, les périodes de sommeil paradoxal s’allongent et alternent avec le sommeil de stade N2. Plus tard dans la vie, l’horizon du sommeil changera, avec moins de sommeil de stade N3, plus de sommeil de stade N1 et plus de réveils.

Architecture du sommeil

Le contrôle de nombreuses caractéristiques de l’architecture du sommeil réside dans le tronc cérébral, la zone qui contrôle également la respiration, la pression artérielle et le rythme cardiaque. L’activité fluctuante des cellules nerveuses et les messagers chimiques qu’elles produisent semblent coordonner le moment de l’éveil, de l’éveil et du changement de 90 minutes qui se produit entre le sommeil paradoxal et non paradoxal.

Adapté avec la permission de Améliorer le sommeil : un guide pour une bonne nuit de reposun dossier sanitaire spécial publié par Harvard Health Publishing.

Dernière mise à jour : 16 août 2022