Comment le cerveau fait le ménage pendant le sommeil
Découverte majeure en neurophysiologie
Le système glymphatique est un réseau d'espaces périvasculaires qui couvre l'ensemble du cerveau et facilite l'élimination des déchets du cerveau pendant le sommeil.
« Ce système remplit une fonction similaire dans le cerveau à celle du système lymphatique dans le reste du corps », a expliqué le Pr Jeffrey Iliff.
| Système | Fonction principale | Localisation |
|---|---|---|
| Système lymphatique | Élimination des déchets | Corps entier |
| Système glymphatique | Élimination des déchets cérébraux | Cerveau uniquement |
Lorsqu'il a été décrit pour la première fois en 2012, l'existence d'un système d'élimination des déchets cérébraux chez l'être humain a suscité un certain scepticisme.
« Le système glymphatique est un réseau d'espaces périvasculaires qui couvre l'ensemble du cerveau et facilite l'élimination des déchets du cerveau pendant le sommeil. » — Pr Jeffrey Iliff
Lorsqu'il était étudiant en médecine, le Pr Iliff avait appris que le liquide céphalo-rachidien (LCR) qui entoure le cerveau « était considéré comme un liquide inerte ayant principalement un rôle protecteur, fonctionnant comme une sorte d'amortisseur ».
La réalité est bien plus complexe. On sait désormais que le LCR joue « un rôle important dans le nettoyage des tissus cérébraux en éliminant les déchets et en transportant les nutriments dans l'ensemble des tissus cérébraux ».
| Fonction | Description |
|---|---|
| Élimination des déchets | Nettoyage des tissus cérébraux |
| Transport des nutriments | Distribution dans l'ensemble des tissus cérébraux |
| Protection mécanique | Amortisseur pour le cerveau |
« Le LCR pourrait être considéré comme un « évier » dans lequel les solutés extracellulaires sont « évacués », mais jusqu'à récemment, on ne savait pas exactement comment ces solutés passaient du parenchyme au LCR. »
Une nouvelle étude de validation de principe a utilisé l'imagerie par résonance magnétique (IRM) avec contraste pour visualiser le système glymphatique.
Dr Juan Piantino, professeur agrégé de pédiatrie à la division de neurologie de la Faculté de médecine et médecin chercheur à la division des neurosciences du Papé Family Research Institute (Portland, Oregon, É.-U.).
| Élément | Détails |
|---|---|
| Participants | 5 patients avec drain lombaire déjà en place |
| Agent de contraste | Gadolinium |
| Administration | Par le drain lombaire existant |
| Analyse | À différents moments après l'opération |
Les images ont montré que le liquide se déplaçait le long de voies définies plutôt que de se diffuser uniformément dans le tissu cérébral.
Cette découverte a été documentée à l'aide d'une technique d'inversion-récupération atténuée par le liquide, qui a montré que les espaces périvasculaires s'éclaircissaient lorsqu'ils étaient perfusés avec le LCR.
« Notre étude était la première à « révéler de manière définitive » le réseau d'espaces périvasculaires chez l'être humain. » — Dr Juan Piantino
On sait depuis des millénaires que le corps humain accumule des déchets résultant de son fonctionnement quotidien. On reconnaît désormais que le cerveau éveillé et actif accumule également des déchets qui, s'ils ne sont pas éliminés, ont un effet négatif sur les fonctions neuronales.
| Risque | Description |
|---|---|
| Effet négatif neuronal | Altération des fonctions des neurones |
| Accumulation protéines | Protéines extracellulaires non éliminées |
| Maladies neurodégénératives | Risque accru de développer des pathologies |
« En l'absence de circulation lymphatique dans le cerveau lui-même, les protéines extracellulaires doivent être éliminées par un autre mécanisme. »
Une meilleure compréhension du système glymphatique pourrait permettre de mieux comprendre le développement de maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et pourrait conduire à la mise au point de médicaments ou d'autres stratégies visant à améliorer le fonctionnement du cerveau.
Les Prs Iliff et Piantino pensent tous deux qu'une meilleure compréhension du système glymphatique pourrait permettre de mieux comprendre le développement de maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer (MA).
| Approche | Objectif |
|---|---|
| Médicaments | Améliorer le fonctionnement glymphatique |
| Stratégies comportementales | Optimiser l'hygiène du sommeil |
| Techniques d'imagerie | Diagnostic précoce des dysfonctionnements |
Le système glymphatique facilite l'élimination des déchets du cerveau pendant le sommeil. C'est pourquoi un sommeil de qualité est essentiel pour la santé cérébrale à long terme.
| Phase de sommeil | Activité glymphatique |
|---|---|
| Sommeil profond (NREM) | Activité maximale |
| Sommeil léger | Activité modérée |
| État éveillé | Activité minimale |
Les personnes souffrant de troubles du sommeil peuvent avoir un fonctionnement glymphatique réduit, ce qui pourrait contribuer à un risque accru de déclin cognitif à long terme.
Une autre étude publiée dans Nature Neuroscience a remis en question l'idée selon laquelle le sommeil a pour fonction d'éliminer activement les métabolites et les toxines du cerveau.
« Les chercheurs quantifient essentiellement le mouvement des solutés d'une partie du cerveau à une autre, ce que nous considérons comme un « transport » et non comme une « élimination ». De plus, les souris ont été anesthésiées pendant environ une heure, mais elles ont été étudiées pendant plusieurs heures après la fin de l'anesthésie. Les concepts de « clairance » et de « sommeil » utilisés par les auteurs « diffèrent de ceux utilisés dans le reste du domaine ». »
Le Pr Iliff estime que cette étude est erronée. Le débat scientifique continue sur ces mécanismes fondamentaux.
Il existe depuis longtemps un lien clinique entre les troubles du sommeil et les troubles démentiels tels que la maladie d'Alzheimer (MA).
On supposait initialement que cela était dû à la dégénérescence des régions du cerveau qui régulent le sommeil.
Des données plus récentes suggèrent que les troubles du sommeil pourraient en fait favoriser le développement de la pathologie qui sous-tend des maladies telles que la MA.
« Le système glymphatique élimine la bêta-amyloïde pendant le sommeil. » — Pr Iliff
Les conditions qui constituent des facteurs de risque de neurodégénérescence sont associées à une altération de la fonction glymphatique dans les modèles animaux.
| Maladie | Lien glymphatique |
|---|---|
| Maladie d'Alzheimer | Accumulation bêta-amyloïde et tau |
| Maladie de Parkinson | Accumulation alpha-synucléine |
| Hydrocéphalie à pression normale | Drainage altéré |
| Accidents vasculaires cérébraux | Dysfonctionnement vasculaire |
| Maladies des petits vaisseaux | Pulsatilité réduite |
| Sclérose en plaques | Altération du drainage |
| Traumatismes crâniens | Dommage direct |
| Migraines | Dysfonctionnement possible |
Le Pr Iliff participe à des recherches sur un appareil décrit dans un article récent de Nature.
« Nous avons constaté que le système glymphatique fonctionnait pendant le sommeil profond et le sommeil paradoxal, ainsi que lorsque la personne se réveillait. Mais la fonction de clairance semblait s'accélérer à mesure que le sujet dormait plus longtemps, puis ralentir progressivement à mesure que la personne se réveillait. » — Pr Jeffrey Iliff
C'était la première fois que quelqu'un parvenait à suivre la fonction glymphatique chez des personnes à différents niveaux de sommeil au cours d'une même nuit.
Applied Cognition, la société qui a développé le dispositif, met également au point des médicaments destinés à améliorer la clairance glymphatique de l'amyloïde et de la protéine tau chez l'être humain.
Ces développements « passionnants » ouvriront la voie à de nouvelles approches thérapeutiques pour la prévention et le traitement des maladies neurodégénératives.
« Cela suggère en soi de prêter attention aux troubles du sommeil, en particulier à l'âge mûr, en tant que facteur de risque potentiellement modifiable de démence. »
Le Dr Piantino encourage ses patients à « prendre des mesures pour améliorer la qualité de leur sommeil dès maintenant » :
Le système glymphatique dépend de la pulsatilité artérielle. Améliorer la santé cardiovasculaire est essentiel :
L'exercice a un impact positif sur :
Le Pr Iliff envisage de pouvoir identifier précocement les troubles à l'aide :
« Le système glymphatique est un réseau d'espaces périvasculaires qui couvre l'ensemble du cerveau et facilite l'élimination des déchets du cerveau pendant le sommeil. » — Pr Jeffrey Iliff
Ces recherches ont utilisé des techniques d'imagerie et des traceurs fluorescents dans un modèle murin pour démontrer l'existence de voies de drainage.
Les pulsations artérielles propulsent le LCR à travers les espaces périvasculaires formés par les pieds terminaux vasculaires des astrocytes.
Ces espaces, bien que continus avec l'espace sous-arachnoïdien, fournissent également des « canaux distincts » pour l'écoulement rapide du LCR dans le parenchyme.
« Les vaisseaux sanguins du cerveau servent en quelque sorte d'échafaudage pour organiser et soutenir le processus. » — Pr Jeffrey Iliff
La circulation du LCR est rendue possible par l'expression d'un transporteur d'eau appelé aquaporine-4 (AQP4).
| Fonction | Description |
|---|---|
| Transport de l'eau | Permet le mouvement du LCR à travers les cellules |
| Voies de drainage | Espaces périveneux vers les vaisseaux lymphatiques |
Le liquide qui ressort transporte les déchets métaboliques du cerveau.
Le terme « glymphatique » a été inventé pour associer deux idées :
Le nom « système glymphatique » a été inventé par Stephen Goldman et Maiken Nedergaard.
Ce néologisme n'a pas été bien accueilli par tous. « Certains membres du domaine ont estimé qu'en renommant cette biologie, nous la revendiquions comme nôtre et ne reconnaissions pas suffisamment les recherches antérieures », a ajouté le Pr Iliff.
« Nous avons rassemblé certains de ces fils conducteurs, les avons consolidés en un modèle unique et les avons reliés à la biologie des astrocytes et à la biologie du sommeil. »
« La controverse peut être le signe que nous sommes sur une piste importante, ce qui est passionnant. » — Pr Jeffrey Iliff
Le rôle de l'AQP4 a été démontré dans plusieurs lignes de recherche:
| Expérience | Résultat |
|---|---|
| Suppression du gène AQP4 | Exacerbation du dysfonctionnement glymphatique après TBI |
| Après traumatisme crânien | Favorise le développement d'une pathologie neurofibrillaire |
| Modèle murin MA | Exacerbe l'accumulation de plaques amyloïdes bêta |
Un article publié en 2017 a remis en question le modèle glymphatique, soulignant que toutes les données relatives à l'AQP4 ne pouvaient pas être reproduites.
« La divergence entre les résultats peut s'expliquer par des différences dans les méthodes expérimentales, plutôt que par une mauvaise compréhension du rôle de l'AQP4. »
Le système glymphatique est relié à un réseau lymphatique authentique en aval associé aux méninges qui recouvrent le cerveau, ainsi qu'aux nerfs crâniens et aux gros vaisseaux qui sortent du crâne.
Bien que les connexions anatomiques et fonctionnelles entre ces deux réseaux « ne soient pas complètement comprises », un ensemble de preuves solides soutient l'existence d'un système glymphatique et sa relation avec le réseau lymphatique méningé.