Un nouvel appareil pourrait permettre d’entrevoir comment le cerveau élimine les déchets pendant le sommeil. Seunghyeb Ban, Junwoo Kwon et coll.
Le suivi de l’activité difficile à cerner du système glymphatique pourrait contribuer à la recherche sur la maladie d’Alzheimer. Une bonne nuit de sommeil ne se limite pas à offrir au cerveau un moment de repos. Le sommeil active un système découvert en 2012 seulement, qui élimine les déchets cérébraux. Appelé système glymphatique, il est comparable au système lymphatique, plus connu, qui transporte et filtre les fluides dans tout le corps. Un système glymphatique sain est associé à de bonnes fonctions cognitives et pourrait prévenir les maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer. Cependant, son suivi pendant le sommeil était jusqu’à présent pratiquement impossible chez l’humain, car les méthodes actuelles nécessitent des IRM bruyantes et contraignantes, ainsi que des injections spinales invasives.
Un nouveau dispositif portable, mis au point par des chercheurs de Georgia Tech et de l’Université nationale de Séoul (SNU), pourrait offrir une alternative plus sûre et plus respectueuse du sommeil. Cette technologie utilise la lumière proche infrarouge pour détecter l’eau cérébrale, un mélange de fluides qui baignent constamment le cerveau. Ce mélange contient du liquide céphalo-rachidien (LCR), que le système glymphatique utilise pour éliminer les déchets, comme les plaques qui bloquent la communication cérébrale. Selon les chercheurs, la mesure de la quantité totale d’eau cérébrale pourrait permettre d’étudier comment le système glymphatique fait circuler le LCR pour nettoyer le cerveau.
Ce patch, dont la conception a été publiée ce mois-ci dans Science Advances , est pensé pour une utilisation simplifiée. De la taille d’un pansement et d’une épaisseur inférieure à un centimètre, il est composé de silicone souple qui épouse la forme du front et ne nécessite aucune connexion filaire pendant le sommeil. De plus, il est rechargeable et utilisable pendant plusieurs nuits, permettant ainsi de recueillir des informations à long terme plus complètes que les études du sommeil et les IRM classiques.
« L’IRM est extrêmement coûteuse, peu accessible et, surtout, il est impossible de dormir pendant un examen IRM », explique W. Hong Yeo , professeur Peterson de recherche pédiatrique à Georgia Tech . « Grâce à notre dispositif, nous pouvons enregistrer naturellement le sommeil conventionnel directement à domicile. »
Que peut nous apprendre l’eau du cerveau sur le sommeil et le système glymphatique ?
Le système glymphatique est essentiellement un réseau de minuscules cavités entre les veines, les artères et les cellules, qui se remplissent de liquide céphalo-rachidien (LCR) lorsque les cellules cérébrales se relâchent. Des espaces périvasculaires, qui entourent les vaisseaux sanguins, acheminent ce liquide vers les espaces intercellulaires. Le Dr Chang-Ho Yun , professeur de neurologie à l’hôpital Bundang de l’Université nationale de Séoul (SNU), indique que ces espaces intercellulaires peuvent se dilater d’environ 60 % chez les souris endormies, mais les observations de ce phénomène chez l’humain restent indirectes.
« Le cerveau humain est composé d’une très grande quantité de cellules », explique Yun. « Pendant le sommeil, le signal d’éveil [la noradrénaline] diminue, les cellules rétrécissent et il y a de la place pour que le liquide céphalo-rachidien puisse circuler. »
Ce nouvel appareil utilise un simple procédé lumineux pour tenter de détecter les variations du liquide céphalo-rachidien. Si vous avez déjà tenu une lampe de poche contre votre paume dans une pièce sombre, vous avez constaté que le faisceau lumineux faisait rougeoyer votre main. Cela s’explique par le fait que les longueurs d’onde plus courtes, comme le vert et le bleu, sont absorbées par les tissus. La lumière rouge, quant à elle, les traverse et se diffuse vers l’extérieur.
Le patch émet trois longueurs d’onde différentes de lumière proche infrarouge : deux sont absorbées par l’hémoglobine, une protéine des globules rouges qui transporte l’oxygène vers le cerveau, et une est absorbée par l’eau. La lumière diffusée est détectée par le photodétecteur du dispositif . Le profil d’absorption à chaque longueur d’onde révèle la quantité de sang et d’eau totale dans le cerveau le long du trajet de la lumière.
Selon Yun, si la quantité totale d’eau dans le cerveau augmente tandis que le taux d’hémoglobine reste stable, l’eau supplémentaire ne provient pas du sang, ce qui pourrait indiquer une augmentation du liquide céphalo-rachidien et le bon fonctionnement du système glymphatique. Cette mesure indirecte est nécessaire car le liquide céphalo-rachidien ne réfléchit pas la lumière de manière très différente des autres fluides cérébraux.
« Bien qu’il s’agisse d’une preuve indirecte, elle est compatible avec les théories et les faits avérés observés chez l’animal et chez l’humain », explique Yun. Dans ses recherches précédentes, il avait mis en évidence une diminution de l’activité glymphatique pendant la phase de sommeil paradoxal. L’étude associée au nouveau patch, qui a mesuré le sommeil de quatre personnes, a montré une évolution similaire des concentrations d’eau dans le cerveau durant cette phase. Il souligne néanmoins la nécessité de poursuivre les recherches afin de déterminer si les variations de la concentration totale d’eau dans le cerveau reflètent réellement l’activité glymphatique.
Lauren Hablitz , professeure adjointe de neuromédecine translationnelle à l’ Université de Rochester , reconnaît qu’il est difficile de déterminer si le patch surveille réellement le système glymphatique. Il est même possible qu’il soit impossible d’en être certain, ajoute-t-elle. « Le cerveau baigne dans un liquide, il y est immergé, il flotte dans un liquide », explique-t-elle. « Il est difficile de savoir si c’est ce liquide, l’espace périvasculaire ou les ventricules qui sont modifiés. »
Mais Hablitz, qui n’a pas participé à ce projet, se montre optimiste quant aux applications possibles de cette nouvelle technologie, même si elle ne permet pas, à terme, de mesurer le système glymphatique. Elle explique que la recherche sur le sommeil est « fortement axée » sur les électroencéphalogrammes (EEG), qui utilisent des électrodes placées sur le cuir chevelu pour mesurer l’activité électrique du cerveau. Or, la plupart des personnes souffrant de troubles du sommeil présentent des EEG normaux , précise-t-elle.
« Peut-être qu’un patch comme celui-ci, capable d’examiner un autre aspect de la biologie que la simple activité neuronale, pourrait commencer à nous éclairer sur ce qui se passe réellement lors des troubles du sommeil », dit-elle.
