Substrats neuronaux de la vigilance

Les différentes structures du cerveau ainsi que les systèmes de neurotransmetteurs qui sous-tendent le système d’éveil et de sommeil sont hautement interconnectés avec la vigilance (Oken et al., 2006). En effet, notre état d’éveil est sous l’influence de réseaux ascendants provenant du tronc cérébral vers le cortex qui stimulent l’activation corticale et de réseaux descendants qui stimulent à leur tour la moelle épinière afin d’amorcer la motricité et l’activité tonique musculaire (Fuller et al., 2006; Jones, 2008). Classiquement, le système responsable de l’éveil était dénommé « système réticulo-activateur ascendant », concept proposé par Morruzzi et Magoun (1949) (cité dans (Miller & O'Callaghan, 2006)). Ces scientifiques proposaient qu’un système diffus de neurones ascendants provenant de la formation réticulée fût responsable des états de conscience.

L’implication de la formation réticulée dans le système d’éveil est maintenant bien reconnue (Jones, 2008; Szymusiak & McGinty, 2008; Fuller et al., 2006; Saper, Scammell, & Lu, 2005). La formation réticulée, du mot latin reticulum qui veut dire réseau, est un amas de noyaux et de projections situées dans le tronc cérébral. Elle reçoit des projections, en outre, de toutes les modalités sensorielles et joue un rôle dans diverses fonctions telles que le tonus musculaire et les fonctions autonomiques (Wang, 2009). Or, certaines recherches ont permis de mettre à jour l’implication dans le système d’éveil de nombreux groupes de neurones en dehors de la formation réticulée qui se projettent dans le thalamus et le prosenséphale basal, deux structures importantes qui modulent l’activation et la désynchronisation du cerveau (Saper et al., 2005).

Ainsi, deux branches principales du système d’éveil, appelé système- activateur- ascendant, ont pour origine la formation réticulée mésencéphalique. Une première branche

dite dorsale comprend les neurones cholinergiques mésopontins du tegmentum (noyaux pédunculopontins et latérodorsaux du tegmentum) qui se projettent par la suite au niveau du thalamus. Une deuxième branche dite ventrale a comme origine une série de groupe de neurones monoaminergiques tels que des neurones noradrénergergiques (locus coeruleus), dopaminergiques (substance noire et aire tegmentale ventrale), sérotoninergiques (noyaux dorsaux et médian du raphé) et histaminiques (noyaux tubéromamillaires). Ces groupes de neurones activent par la suite l’hypothalamus latéral, le prosencéphale basal, et enfin le cortex (Jones, 2008; Szymusiak & McGinty, 2008; Stenberg, 2007; Fuller et al., 2006; Saper et al., 2005). Cette branche ventrale reçoit également des projections de l’hypothalamus latéral via des neurones qui transmettent de l'orexine (aussi appelée hypocrétine). Les neurones orexinergiques sont actifs durant l’éveil et augmentent la fréquence de décharges des noyaux tuberomammillaires (TMN), du locus coeruleus (LC) et du raphé dorsal (RD). Ce groupe de neurones orexinergiques joue le rôle de stabilisateur de l’éveil et assure ainsi à l’organisme un état d’éveil continu. De fait, un manque d’orexine chez les souris occasionne des symptômes de narcolepsie, une pathologie occasionnant une instabilité au niveau des états de conscience (endormissement diurne soudain) et une cataplexie (Saper et al., 2005; Jones, 2008; Szymusiak & McGinty, 2008; Stenberg, 2007; Fuller et al., 2006).

Le passage de l’éveil au sommeil et vice versa se fait grâce à un circuit appelé « flip flop switch » (Saper et al., 2005). Ainsi, lors de l’éveil, les neurones du TMN, du LC et RD inhibent les neurones responsables du sommeil, dont ceux du noyau préoptique ventrolatéral de l’hypothalamus (VPLO). De même, l’activité des neurones de l’éveil amorce graduellement l’activation d’un système d’auto-inhibition. Ainsi, plus les neurones responsables de l’éveil sont actifs, plus leur propre inhibition s’accumule. Lorsque le système d’éveil atteint l’inhibition complète, le système « flip » ou bascule en sommeil. Par la suite, lors du sommeil, les neurones responsables de l’éveil sont inhibés par une série de structures neuronales notamment par le VPLO. Tout comme le système d’éveil, les neurones responsables du sommeil activent un système d’auto-inhibition. Ainsi, l’activité

du VPLO augmente graduellement sa propre inhibition jusqu’à l’atteinte de l’inhibition complète. L’organisme « flop » ou bascule par la suite en éveil. (Saper et al., 2005; Fuller et al., 2006; Szymusiak & McGinty, 2008; Stenberg, 2007).

Les mécanismes exacts qui permettent une désinhibition complète des neurones responsables de l’éveil ou du sommeil sont encore au stade de spéculation. Toutefois, il semble que la transition entre les deux états de conscience soit sous la régulation de processus homéostatique et circadien (Saper et al., 2005; Fuller et al., 2006).

1.3.1 Les processus C et S comme modulateurs du système activateur ascendant.

Les processus C et S participeraient également à l’activation ou à l’inhibition de notre système activateur ascendant d’éveil. De fait, les noyaux suprachiasmatiques de l’hypothalamus (processus C) utilisent plusieurs voies de projection afin de réguler diverses fonctions telles que la sécrétion du cortisol et de la mélatonine ou certains comportements comme le besoin de se nourrir. En outre, et ce, dans le but de réguler les comportements d’éveil et de sommeil, l’oscillateur circadien envoie des projections au niveau des noyaux dorsomédian de l’hypothalamus (DMH) via la zone subparaventriculaire (Saper et al., 2005; Fuller et al., 2006). En retour, le DMH envoie également des projections au niveau de l’hypothalamus latéral et au VPLO qui régulent tous deux l’éveil et le sommeil (Chou et al., 2003).

Certaines littératures proposent que l’existence d’une diversité de projections provenant des SNC vers les systèmes activateurs ascendants puisse permettre à l’organisme d’intégrer une multitude d’informations temporelles provenant de l’environnement. Cette intégration pourrait aider l’organisme à orchestrer l’ordre d’apparition des comportements afin de préserver son adaptation à son milieu (Fuller et al., 2006). Ainsi, l’oscillateur circadien participerait à désinhiber le système d’éveil et de sommeil au moment opportun en transmettant les signaux provenant des divers indices environnementaux (tel que la lumière) au DMH. Le DMH pourrait par la suite désinhiber complètement les neurones

d’éveil ou de sommeil et ainsi faire basculer l’organisme dans l’état de conscience approprié selon les indices relevés (Saper et al., 2005; Fuller et al., 2006).

Le système activateur ascendant subirait également l’influence d’un processus homéostatique. Cette influence homéostatique serait le résultat de l’accumulation d’une « molécule du sommeil ». Cette molécule agirait en tant que promoteurs de l’activité des neurones responsables du sommeil et occasionnerait du même coup une diminution de l’activité des neurones responsables de l’éveil. Ce processus homéostatique contribuerait donc à faire basculer l’organisme en sommeil. L’adénosine est une des candidates suggérées comme « molécule du sommeil ».