SOMMEIL : Même de qualité, ce n'est pas un long fleuve tranquille – Physiology

La plupart des études d'analyse du sommeil, ces 50 dernières années utilisent l'électroencéphalogramme classique et caractérisent le sommeil comme un processus continu, composé de différents stades qui peuvent finalement être résumés en endormissement, sommeil lent léger, sommeil lent profond et sommeil paradoxal. Ce mode d'analyse exclut d'office toute l'information neurophysiologique sur l'interaction dynamique entre sommeil et éveil et sur l'activité cérébrale durant le sommeil. Cette équipe du Massachusetts General Hospital (MGH) présente dans la revue Physiology, l'analyse spectrale " multitape " , une technique qui permet de visualiser le sommeil à la fois dans ses " détails " et à l'échelle de toute une nuit. Cette technique permet de distinguer la structure oscillatoire des phases de sommeil traditionnelles, avec une richesse d'informations qui ouvre l'accès à de nouvelles connaissances sur les mécanismes neuronaux du sommeil.

Ainsi l'analyse du sommeil par spectrogramme multitaper révèle des modèles de changements continus dans l'activité d'oscillation du cerveau pendant le sommeil. Ces modèles apparaissent caractéristiques du réveil (voir visuel à gauche) du sommeil non REM ou Non Rapid Eye Movement -qui comprend les 3 phases (endormissement, sommeil léger et sommeil profond) (visuel au centre) et le sommeil paradoxal (à droite).

Les chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH) ont développé cette nouvelle approche pour obtenir une vision plus précise des changements neurophysiologiques que celle fournie par l'analyse traditionnelle du sommeil. Cette nouvelle technique d'analyse spectrale multitape de données d'EEG fournit des représentations objectives et de haute définition de l'activité des ondes cérébrales pendant le sommeil, plus faciles à caractériser que par les approches habituelles. Les chercheurs obtiennent un véritable atlas visuel de l'activité cérébrale qui révèlent de nouvelles caractéristiques du sommeil, dont certains signes prédicteurs du sommeil paradoxal avec des implications pour les cliniciens et les chercheurs.

Passer d'une architecture simplifiée à une symphonie d'activités : après les phases de sommeil définies dès les années 30, aujourd'hui grâce à un balayage plus rapide et des races EEG toutes les 30 secondes, les stades de sommeil sont matérialisés en temps réel sur écran. Cependant le processus de sommeil reste un processus juste chronophage et fondamentalement qualitatif. La progression des stades du sommeil sur une nuit, appelée hypnogramme, est encore utilisée comme descripteur principal de l'architecture du sommeil. Cependant, c'est pour ces chercheurs, passer à côté de toute une " symphonie d'activités " dans laquelle le cerveau est engagé durant le sommeil. C'est passer à côté de toute une série d'interactions dynamiques de différents réseaux corticaux et sous-corticaux. En bref, les techniques cliniques actuelles simplifient considérablement la description du sommeil avec une perte massive de données précieuses.

Caractériser l'activité cérébrale pendant le sommeil : c'est un changement de paradigme qui s'opère ici avec cette nouvelle technologie et désormais l'exploitation possible de toute la richesse de l'information objective contenue dans les données EEG. Dans leur rapport, l'équipe décrit comment les oscillations du sommeil sont beaucoup plus faciles à caractériser en utilisant l'estimation spectrale que par regarder les traces EEG. L'analyse spectrale est une classe d'approches qui brisent un signal de forme d'onde en ses oscillations composantes - répétant des modèles au fil du temps - tout comme un prisme brise la lumière blanche en ses couleurs composantes. Dans l'EEG, ces oscillations représentent l'activité de réseaux cérébraux spécifiques pendant le sommeil et l'éveil.

Une lecture plus complète, plus rapide et plus précise :

À un niveau fondamental, l'activité cérébrale est vraiment organisée en termes d'oscillations et de vagues. L'analyse spectrale va analyser les signaux émis par ces ondes, l'évolution de la puissance et de la fréquence de ces oscillations avec le temps et permettre d'obtenir plus de données sur les réseaux cérébraux actifs à différents moments pendant le sommeil.

De nouvelles images vivantes de l'activité cérébrale permettent de visualiser en une seule vue et objectivement l'architecture détaillée d'une nuit entière de sommeil (visuel ci-contre) plutôt que via 1.000 fenêtres de 30 secondes. Ces motifs répétitifs d'activité qui utilisent la couleur pour refléter la puissance du signal deviennent rapidement évidents et faciles à lire pour les " techniciens du sommeil " .

Enfin, il devient possible de mieux identifier certaines caractéristiques sur des échelles de temps allant de plusieurs heures à quelques secondes. L'exemple est donné avec un modèle spécifique d'ondes permettant de prédire le début du sommeil paradoxal dans les minutes qui suivent.

Très prochainement les scientifiques pourraient être en mesure de mieux caractériser l'hétérogénéité complexe observée dans le sommeil normal et, finalement, de mieux diagnostiquer les troubles du sommeil. Au-delà, ces techniques promettent d'apporter des analyses modernes aux soins de routine en rendant les modèles de l'activité cérébrale pendant le sommeil, plus accessibles.

Physiology 7 December 2016DOI: 10.1152/physiol.00062.2015 (Visuels@Michael Prerau) Sleep Neurophysiological Dynamics Through the Lens of Multitaper Spectral Analysis