Pendant la journée, le cerveau accumule des déchets tels que l’acide lactique et les protéines usées. En dormant la nuit, les flux de liquide céphalo-rachidien (LCR) aident à éliminer ces déchets, maintenant ainsi le cerveau en bonne santé.
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont démontré qu’ils pouvaient renforcer ces ondes associées au LCR en exposant les sujets à de brèves rafales d’un son doux et statique, appelé « bruit rose », pendant le sommeil.
Ces rafales augmentent l’amplitude des ondes lentes dans le cerveau, ce qui accroît à son tour les ondes du LCR. Les chercheurs espèrent désormais explorer si ce flux accru de liquide céphalo-rachidien pourrait aider à optimiser les fonctions cognitives, améliorer la mémoire ou même ralentir la progression des maladies neurodégénératives dues à l’accumulation de protéines nocives telles que l’amyloïde bêta.
Le liquide céphalo-rachidien est un liquide clair qui entoure et protège le cerveau et la moelle épinière. En plus de protéger le cerveau des lésions, il aide également à fournir des nutriments tels que le glucose et élimine les déchets produits par les cellules cérébrales lors de leur activité énergétique.
« Nous avons découvert que nous pouvions augmenter l’amplitude du flux du liquide céphalo-rachidien pendant le sommeil, ce qui, à notre connaissance, n’avait pas été réalisé auparavant. Maintenant que nous pouvons améliorer le flux du LCR pendant le sommeil chez des adultes en bonne santé, nous sommes très enthousiastes à l’idée d’appliquer cette technologie à des populations cliniques pour observer ses effets », déclare Laura Lewis, membre de l’Institut d’Ingénierie et de Sciences Médicales du MIT.
Lewis est l’auteure principale de l’étude, publiée dans ‘Science Translational Medicine’. En 2019, Lewis a décrit une méthode utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et mesurant les ondes du liquide céphalo-rachidien (LCR) à mesure qu’elles entrent et sortent du cerveau pendant le sommeil. Cette étude a démontré que ces ondes sont étroitement liées aux ondes cérébrales appelées ondes lentes, associées au sommeil profond.
Dans cette nouvelle étude, elle a voulu approfondir la relation entre les ondes cérébrales et le flux du liquide céphalo-rachidien (LCR), et étudier si la manipulation des ondes cérébrales pourrait améliorer ce flux. Des travaux antérieurs avaient déjà démontré que l’application d’un stimulus auditif au pic des ondes lentes peut les intensifier.
« On peut générer davantage de ces ondes lentes électriques par un stimulus auditif, s’il se produit au moment précis. C’est similaire à un enfant sur une balancoire: s’il est poussé au bon moment de son mouvement, on peut faire aller la balancoire plus loin. Le défi est: comment trouver le moment précis ? », explique Lewis.
Le stimulus auditif utilisé dans cette étude est une rafale de bruit rose de 50 millisecondes. Tout comme le bruit blanc, le bruit rose contient toutes les fréquences sonores audibles pour l’oreille humaine, mais les fréquences graves sont plus fortes et les aiguës, plus douces. Cela crée un son équilibré et délicat, semblable à une pluie continue ou au murmure d’une cascade au loin.
Pour générer ces impulsions au pic des ondes lentes du cerveau, les chercheurs ont dû mesurer l’activité électroencéphalographique (EEG) de chaque participant pendant le sommeil. Cela s’est avéré complexe, car ils devaient également mesurer les signaux d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) pour surveiller le flux du liquide céphalo-rachidien (LCR), et les champs magnétiques utilisés en fMRI interfèrent avec les signaux EEG.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont développé une méthode pour traiter les signaux EEG et éliminer rapidement le bruit généré par l’IRMf en moins de 100 millisecondes. Pour compenser ce léger retard dans la mesure de l’EEG, ils ont aussi développé un algorithme capable de prédire quand les pics des ondes lentes se produiraient. Cela leur a permis d’appliquer le stimulus de bruit rose au bon moment.
SOMMEIL PLUS RÉPARATEUR
Dans des essais réalisés avec 14 volontaires sains, les chercheurs ont découvert que le stimulus auditif administré — qui n’était pas assez fort pour réveiller une personne endormie — augmentait l’amplitude à la fois des ondes lentes électriques et des ondes du liquide céphalo-rachidien pendant le sommeil.
Leurs études d’IRMf ont également révélé que les ondes lentes stimulent la constriction et la dilatation des vaisseaux sanguins, ce qui leur permet d’agir comme une pompe expulsant le liquide céphalo-rachidien du cerveau. Les ondes lentes n’apparaissent que pendant le sommeil non-REM et deviennent plus marquées dans les phases les plus profondes du sommeil.
Les chercheurs souhaitent désormais étudier si améliorer le flux du liquide céphalo-rachidien (LCR) pourrait aider les personnes à obtenir un sommeil plus réparateur, en particulier celles souffrant d’insomnie. Ils envisagent également d’étudier si augmenter le flux de LCR et éliminer les déchets cérébraux pourraient bénéficier aux personnes atteintes d’Alzheimer et d’autres maladies caractérisées par l’accumulation de protéines nocives.
« L’élimination des déchets cérébraux est fondamentale pour l’Alzheimer et d’autres formes de démence, causées en partie par l’accumulation de molécules comme l’amyloïde et la protéine tau dans le cerveau. Si nous parvenons à améliorer l’élimination de ces déchets, nous pourrions aider à prévenir l’accumulation de ces plaques qui mènent à la maladie », déclare Levitt.
Levitt a fondé une entreprise qui espère développer un dispositif, comme un bandeau, que les gens pourraient utiliser chez eux pour augmenter le flux de liquide céphalo-rachidien en émettant un stimulus auditif au moment opportun.
