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Parmi les pionniers de la chronobiologie deux noms reviennent inlassablement: Colin Pittendrigh, qui découvrit l'horloge circadienne chez la drosophile et décrivit les caractéristiques communes des horloges circadiennes; et Jurgen Aschoff, qui révéla les mécanismes physiologiques régulant les rythmes circadiens chez les oiseaux, les mammifères et l'humain.

Histoire: Forty-Five Years of Pittendrigh's Empirical Generalizations Chercheur: Colin Pittendrigh: The Lion in Winter Histoire: Early sleep-wake experimenters Histoire: Biological rhythms research : A personal account

Vers 1860, le physiologiste français Claude Bernard met en évidence un grand principe qui gouverne le vivant et qu’il nomme l’homéostasie. Il la définit comme la capacité de l'organisme de maintenir un état de stabilité relative des différentes composantes de son milieu interne et ce, malgré les variations constantes de l'environnement externe.

La chronobiologie est venue montrer à quel point l’homéostasie était un processus dynamique, non seulement en réponse aux variations des facteurs environnementaux externes, mais aussi à cause des nombreux cycles internes de l’organisme. Certains auteurs comme Antonio Damasio proposent même  d’utiliser plutôt le terme d’homéodynamique pour garder à l’esprit qu’il n'y a pas une mais des homéostasies qui diffèrent selon le moment de la journée, du mois et même de l’année.



LA CHRONOBIOLOGIE

Le champ de recherche que l’on nomme aujourd’hui la chronobiologie s’intéresse aux rythmes biologiques c’est-à-dire à la manière dont notre organisme génère ses oscillations physiologiques et garde ses divers systèmes synchronisés. À partir des premières constatations de l’existence de cycles plus ou moins longs dans le corps humain, nos connaissances sur la chronobiologie se sont rapidement complexifiées.

On s’est ainsi rendu compte que l’alternance du jour et de la nuit n’est pas la source de nos rythmes circadiens, mais qu’elle ne fait que synchroniser une véritable horloge biologique autonome. Cette horloge centrale qui reçoit la synchronisation de la lumière du jour est située dans le noyau suprachiasmatique.

On s’est aussi rendu compte de l’importance du phénomène à travers la plupart des grands systèmes du corps. Peu importe la variable physiologique que l’on mesurait, métabolisme cellulaire, température corporelle ou sécrétion de nos différentes hormones, tout obéissait à des cycles avec des maximums et des minimums qui leur sont propres.

Parmi toutes les études qui nous ont permis d’appréhender les articulations subtiles entre ces différents rythmes, l’apport des expériences en isolement temporel est des plus considérables. Plusieurs chercheurs se sont en effet demandé ce qu’il adviendrait si on isolait complètement une personne des indices habituels de l’alternance des jours et des nuits (lumière, bruits, etc.) ? Allait-elle continuer à s’endormir à son heure habituelle ou bien observerait-on un avancement ou un recul de son cycle d’activité ?

Ces expériences en isolement temporel ont été effectuées à plusieurs reprises, les premières fois dans des grottes, endroits à température constante naturellement isolés de tout. La première grande confirmation a été que les rythmes circadiens persistaient malgré l’isolement, ce qui prouvait que nous avons tous dans le cerveau une « horloge endogène ».

Sauf que ces expériences montraient aussi que cette horloge n’était pas parfaite et retardait de quelques minutes à chaque jour. En d’autres termes, notre rythme circadien naturel était un peu plus long que 24h, soit de 24,2 à 25, 5 heures, selon les études. Ça peut sembler petit, mais cela signifie qu’un cycle de 24,5h transformerait en seulement 3 semaines l’activité diurne d’un individu en activité nocturne !

Ces expériences d’isolement temporel, ne datent pas d’hier. Déjà en 1938, Nathaniel Kleitman et son collègue Bruce Richardson avaient passé 32 jours sans indices temporels dans une grotte du Kentucky, aux États-Unis. En 1962, le français Michel Siffre passe quant à lui 2 mois dans un glacier souterrain des Alpes-Maritime en France. Siffre, qui avait 23 ans lors de cette expérience, allait par la suite retourner deux autres fois sous terre pour mesurer l’influence de l’absence de repères temporels sur ses rythmes biologiques à différents âges. La troisième fois, en 2000, il était âgé de 61 ans et est resté 73 jours en l’absence de tout repère temporel (voir encadré ci-bas).


Michel Siffre à la sortie de son dernier séjour en isolement temporel en 2000. (AFP)

Un des phénomènes les plus spectaculaires observé durant ces expériences d’isolement temporel est le décalage qui s’opère par rapport au cycle jour/nuit à l’extérieur du laboratoire ou de la grotte. Mais aussitôt l’expérience terminée, la personne resynchronise en quelques jours son cycle d’éveil et de sommeil sur celui du jour et de la nuit, tel qu’illustré sur le diagramme ci-bas. Celui-ci montre un enregistrement quotidien du cycle veille-sommeil d’une personne pendant un mois et demi. Chaque ligne horizontale est un jour; les traits continus marquent les phases de sommeil, et les lignes pointillées, les phases d’éveil. Le triangle représenté dans chaque cas marque le point de la journée où la température corporelle était la plus basse.

Lors de cette expérience, des enregistrements contrôles ont d’abord été faits pendant 9 jours dans des conditions naturelles de variation d’éclairage et de bruits qui accompagnent la journée. Puis, pendant 25 jours, tous ces repères ont été coupés pour laisser la personne évoluer selon son rythme endogène. Dans ces conditions, le cycle veille-sommeil se maintient mais a tendance à s’allonger à environ 25 heures. Après plusieurs semaines d’isolement, ces cycles peuvent s’allonger pour atteindre 30 à 36 heures. Le sujet peut par exemple rester éveillé durant 20 heures, puis dormir ensuite pendant 12 heures et se sentir tout à fait bien ainsi.


(Source : d’après Dement, 1976)

Autre phénomène intéressant durant ces expériences : dans certains cas, le point minima de température corporelle se déplace de la période de fin de sommeil, vers le début du sommeil. On peut donc assister à une désynchronisation des cycles comportementaux (veille-sommeil) et des cycles physiologiques comme la température du corps. C’est cette désynchronisation qui pourrait être l’origine des problèmes causés par le décalage horaire.

Enfin, durant les onze derniers jours de l’expérience illustrée sur le diagramme, les conditions initiales ont été réintroduites : la longueur du cycle se normalise alors avec les conditions d’éclairement jour-nuit, et la température corporelle se retrouve à son minimum vers la fin des périodes de sommeil.

La première étude de "vie hors du temps" ayant permis de mettre clairement en évidence un cycle endogène d’un peu plus de 24 heures chez l’humain remonte à 1962. Cette année-là, le spéléologue français Michel Siffre, figure légendaire de ces séjours sous la terre sans aucun repère temporel, avait passé 2 mois dans le glacier souterrain « le Scarasson » dans le sud de la France. À l’aide d’un système de communication à sens unique, il fait connaître ses heures de lever, de repas et de coucher à son équipe, mais ne reçoit aucune information de la surface. Il évalue donc le temps par lui-même. Quand il en sort le 17 septembre 1962, il se croit le 20 août, confirmant la grande difficulté à se rendre compte subjectivement de l’allongement de son rythme biologique.

Puisque le sujet ne connaissait rien à l’époque des rythmes endogènes du corps humain, il ne pouvait d’aucune façon avoir été influencé par eux. C’est en ce sens que ce premier long séjour sous terre de Michel Siffre restera comme l’une des expériences d’isolement temporelle les plus « pures ». Dans le contexte de la guerre froide, Russes et Américains enfermeront bientôt leurs propres cobayes dans des bunkers afin d’en savoir plus sur nos capacités à vivre un certain temps dans des abris nucléaires.

Michel Siffre lui-même refera deux longs séjours en isolement temporel. Un en 1972 au fond de la Midnight Cave au Texas, où il resta 205 jours. Même s’il avait cette fois tendance à faire des corrections automatiques en se rappelant la première expérience de 1962, Siffre se trompe encore tout de même de deux mois à la sortie de la grotte.  

Son troisième séjour, Siffre l’entreprendra 37 ans après le premier, à 60 ans, dans le but d’étudier l'évolution de ses rythmes circadiens avec l'âge. Commencée le 30 novembre 1999, il termine cette expérience plus de deux mois après, le 14 février 2000 après avoir traversé le millénaire seul dans la grotte de Clamousse dans le sud de la France.

De nos jours, de nombreux laboratoires sont équipés de salles complètement isolées des fluctuations de luminosité, de bruit et de température du monde extérieur. Des volontaires peuvent ainsi passer plusieurs semaines en isolement temporel ou encore en "désychronisation forcée", un protocole où l'on impose au sujet des journées dont les durées sont différentes de 24 heures. Le contrôle des variations de leurs paramètres physiologiques se trouve grandement facilité grâce à ces salles.

Lien : PAROLES Michel Siffre Histoire d’un autre temps Lien : Michel Siffre : le blues du spéléo Lien : Michel Siffre : l’homme qui tire sur le fil du temps Lien : Expériences de Michel Siffre sur les rythmes biologiques Lien : Michel Siffre et son horloge de chair Lien : Our internal biological clock Chercheur : La vie de Michel Siffre Expérience: Variation circadienne anormale de la propension au sommeil dans la schizophrénie. Expérience: Sleep in seasonal affective disorder patients in forced desynchrony: an explorative study.
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