Les états d'éveil et de sommeil
C. Les structures impliquées dans le sommeil paradoxal
Le déclenchement du SP serait assuré par des structures restreintes au tronc cérébral inférieur (Figure 4). En effet, à l'aide de transections étagées (préparations de "cerveau isolé chronique" ou de "chat pontique"), il a été montré que la survenue périodique de phases de SP, caractérisées par une atonie et l'existence de mouvements oculaires latéraux, persiste en l'absence des structures rostrales au pont (Jouvet et Michel, 1959; Jouvet, 1962, 1965). En revanche, après transection en arrière du pont, on n'observe plus l'apparition de période d'atonie. Ces résultats ont été confirmés par d'autres études (Hobson, 1965; Villablanca, 1966; Gottesmann, 1988).
1. Le péri-Locus coeruleus αα (Péri-LCαα )
La formation réticulée pontique et plus précisément le péri-LCα serait nécessaire à l'apparition du SP. En effet, la lésion bilatérale de cette structure chez le chat supprime
sélectivement le SP (Jouvet, 1962). De plus, l'injection de carbachol dans ce noyau induit avec une latence courte chez le chat un état comportemental comparable au SP caractérisé par une atonie musculaire et une désynchronisation corticale (Sakai, 1985, 1986; Jones, 1989; Siegel, 1989). Un effet similaire est obtenu à l'aide de la microdialyse de kainate (Onoe et Sakai, 1995).
Le péri-LCα (correspondant approximativement au LDT ventral) contient des neurones spécifiquement actifs pendant le SP ("SP-ON") (Sakai, 1981, 1985, 1986). Une population de ces neurones "SP-ON" est de nature cholinergique. Ces neurones sont inhibés par l'application iontophorétique de carbachol. Une autre population de neurones "SP-ON" non cholinergiques est au contraire excitée par le carbachol (Sakai et Koyama, 1996). Une sous-population de neurones "SP-ON" non cholinergiques projette sur le noyau magnocellulaire (Luppi et coll., 1988) et serait responsable de l'atonie musculaire du SP (Sakai, 1986). Enfin, une partie des neurones "SP-ON" cholinergiques et non cholinergiques projette rostralement sur le cortex préfrontal et le thalamus et jouerait un rôle dans l'activation corticale du SP. 10 sec Activation corticale PAG Atonie musculaire Mc Neurones "SP- ON" Neurones "SP- OFF" TB HP/TM LDT / PPT NRD / LC péri-LCαα Thalamus IL FR
Figure 4. Structures nerveuses impliquées dans les mécanismes du sommeil paradoxal.
Abréviations: FR, formation réticulée; HP, hypothalamus postérieur; IL, noyaux intralaminaires thalamiques; LDT, noyau tegmental latérodorsal de Castaldi; Mc, noyau réticulé magnocellulaire bulbaire; Péri-LC, péri-locus coeruléus; PPT, noyau tegmental pédonculopontin; RT, noyau réticulé thalamique; TB, télencéphale basal; TM, noyau tubéromammillaire.
2. Le noyau réticulé magnocellulaire (Mc)
Ce noyau contient des neurones "SP-ON" qui ont soit des projections ascendantes, soit des projections descendantes. Les neurones "SP-ON" descendants seraient glycinergiques et projettent de façon monosynaptique sur les motoneurones crâniens et spinaux (Hancock et Fougerousse, 1976; Sakai et coll., 1979, 1981; Tohyama et coll., 1979; Fort et coll., 1989, 1990; Rampon et coll., 1996b). Ils seraient responsables de l'hyperpolarisation des motoneurones crâniens et spinaux au cours du SP et donc de l'atonie musculaire (Sakai, 1981, 1986). Les neurones "SP-ON" ascendants joueraient un rôle à la fois dans la désynchronisation corticale du SP et dans la mise en route des neurones du péri-LCα (Sakai et coll., 1981; Stériade, 1989).
3. Les neurone s cholinergiques du complexe LDT/PPT
Dans ce complexe, les études électrophysiologiques permettent de distinguer plusieurs populations de neurones (Sakai, 1986; El Mansari et coll., 1989; Stériade et McCarley, 1990; Koyama et coll., 1998, 1999). Des neurones "SP-ON" ont été enregistrés dans le LDT et le PPT, en plus de ceux du péri-LCα. Ils ne représenteraient toutefois qu'une petite proportion des neurones de ces noyaux. La majorité des neurones du LDT et du PPT présentent une activité tonique augmentée à la fois pendant l'éveil et le SP. Enfin, une troisième population de neurones présente une activité tonique au cours de l'éveil et des bouffées de potentiels d'action juste avant l'apparition des ondes PGO (neurones "PGO-ON") (Sakai, 1986; Stériade et McCarley, 1990; Datta et Hobson, 1994; Datta, 1999). Ces neurones participeraient à la fois à la désynchronisation corticale de l'éveil et à l'activité PGO du SP. Les neurones "PGO- ON" seraient de type cholinergique (Koyama et coll., 1998, 1999), les deux autres types seraient en partie seulement cholinergiques.
4. La substance grise périaqueducale
Il a été montré chez le chat que la lésion par électrocoagulation de la substance grise périaqueducale (PAG) latérale et ventrolatérale à la jonction ponto-mésencéphalique induit une augmentation importante du SP (+56%) pendant 4 à 5 jours (Petitjean et coll., 1975). Cette augmentation était attribuée à la lésion du faisceau noradrénergique ascendant.
Cependant, un groupe de neurones localisés au niveau de la région lésée pourrait être impliqué dans le contrôle du SP. Une étude physiologique chez le chat a récemment montré que la micro-injection de muscimol dans la PAG ventrolatérale caudale (au niveau du noyau trochléaire (IV)) et la formation réticulée ventralement adjacente induit une importante hypersomnie en SP (de 50 à 100%) (Sastre et coll., 1996). Cet effet survient avec une latence moyenne de 20 minutes. Inversement, la micro-injection de bicuculline, un antagoniste GABAA produit une diminution de plus de 80% du SP. Ces résultats suggèrent l'existence
dans cette région de neurones dont l'inactivation favorise la survenue du SP.
5. Les neurones de l'hypothalamus postérieur
Il a été montré que l'injection de muscimol dans l'hypothalamus postérieur supprime complètement le SP (Lin et coll., 1989). En outre, Sakai et coll. (1990a) ont enregistré chez le chat dans les parties ventro-latérale et dorso-latérale de l'hypothalamus postérieur, des neurones dont la fréquence de décharge est augmentée pendant le SP mais aussi l'éveil (Sakai et coll., 1990a). Des neurones similaires ont été également enregistrés chez le rat (Steininger et coll., 1999). Ces neurones ne seraient pas de nature histaminergique.
6. La mise en route et le maintien du SP
L'apparition du SP dépendrait d'interactions réciproques entre les neurones exécutifs du SP, représentés par les neurones "SP-ON" cholinergiques et non cholinergiques du tegmentum pontique, et les neurones inhibiteurs du SP, représentés par les neurones "SP- OFF" monoaminergiques. Selon le modèle d'interactions réciproques de McCarley et Hobson (1975; voir aussi McCarley et Massaquoi, 1992) (Figure 5) et Sakai (1981) (Figure 6), l'arrêt des neurones "SP-OFF" serait nécessaire pour que le SP apparaisse.
Sakai (1981) a proposé que les neurones monoaminergiques "SP-OFF" s'arrêteraient sous l'influence inhibitrice directe des neurones cholinergiques "SP-ON" lors de la mise en route de ces derniers. Cependant, des études électrophysiologiques indiquent que l'acétylcholine a un effet excitateur sur les neurones NA du LC (Guyenet et Aghajanian, 1979; Chouvet et coll., 1988; Koyama et Kayama, 1993) et un effet faiblement inhibiteur sur les neurones 5-HT du NRD (Koyama et Kayama, 1993). Ces résultats ont conduit à l'hypothèse selon laquelle les neurones cholinergiques "SP-ON" seraient à l'origine de l'arrêt des neurones
monoaminergiques par des mécanismes indirects. Ainsi, il a été proposé que les neurones cholinergiques "SP-ON" pourraient exciter des neurones GABAergiques ou glycinergiques qui à leur tour inhiberaient les neurones NA et 5-HT (Jones, 1991; Fort et coll., 1990, 1993; Luppi et coll., 1991).
Figure 5. Modèle d'interactions réciproques de McCarley et coll. (1975, 1992). Dans ce modèle, les neurones exécutifs du SP (LDT/PPT, formation réticulée) ont une influence excitatrice sur les neurones inhibiteurs du SP (neurones monoaminergiques). REM-on Neurons LDT/PPT Acetylcholine Reticular Formation + + _ REM-off Neurons Dorsal Raphe Serotonin Locus coeruleus Norepinephrine Other monoamine neurons + + _
Figure 6. Modèle d'interactions inhibitrices réciproques de Sakai (1981). Suivant ce modèle, les neurones exécutifs du SP (neurones "SP-ON") et permissifs (neurones "SP-OFF") sont mutuellement inhibiteurs.
PS-ON PS-OFF + _ _ +