Pour la première fois, des chercheurs peuvent observer comment les pupilles des personnes endormies se comportent au fil des heures. Un coup d’œil sous les paupières leur a montré que plus de choses se passent dans le cerveau pendant le sommeil qu’on ne le pensait auparavant.
Lorsqu’une personne dort, elle a généralement les yeux fermés. Mais ce n'est pas seulement le globe oculaire qui roule d'avant en arrière sous les paupières fermées : des chercheurs dirigés par les responsables de l'étude Caroline Lustenberger, Sarah Meissner et Nicole Wenderoth du laboratoire de contrôle neuronal du mouvement de l'ETH Zurich ont observé que la taille de la pupille fluctue constamment pendant le sommeil. Parfois, il est plus grand, parfois plus petit, parfois il change de taille en quelques secondes, parfois en quelques minutes.
« Cette dynamique reflète l’état d’éveil ou le niveau d’activation des régions cérébrales responsables de la régulation du sommeil et de l’éveil », explique Lustenberger. « Ces observations contredisent l’hypothèse précédente selon laquelle le niveau d’éveil pendant le sommeil est généralement faible. »
Les fluctuations pupillaires montrent plutôt que le cerveau est en constante fluctuation entre des niveaux d’activation supérieurs et inférieurs, même pendant le sommeil. Les nouvelles découvertes confirment également chez l’homme ce que d’autres groupes de recherche ont récemment découvert dans des études sur les rongeurs : ils connaissent également de lentes fluctuations du niveau d’activation (connu en termes techniques sous le nom d’éveil). L'étude des chercheurs de l'ETH Zurich vient d'être publiée dans la revue Nature Communications.
Étant donné que les régions profondes du tronc cérébral contrôlent le niveau d'activation, il est difficile de mesurer directement ces processus chez l'humain pendant le sommeil. Les méthodes existantes sont techniquement complexes et n'ont pas encore été validées dans ce contexte. L'étude menée par les chercheurs de l'ETH Zurich repose donc sur la mesure du diamètre pupillaire. On sait que les pupilles reflètent le niveau d'activation à l'état de veille. Elles servent ainsi de marqueurs de l'activité des régions cérébrales profondes.
Pour étudier les changements des pupilles chez les personnes endormies, les chercheurs de l'ETH Zurich ont développé une nouvelle méthode : grâce à une technique adhésive spéciale et à un pansement transparent, ils ont pu garder les yeux des sujets testés ouverts pendant plusieurs heures.
« Notre principale inquiétude était que les sujets ne puissent pas dormir avec un œil ouvert. Or, dans une pièce sombre, la plupart des gens oublient que leur œil est encore ouvert et peuvent encore dormir », explique Manuel Carro Domínguez, auteur principal de l'étude. Il a développé cette technologie de mesure.
L'analyse des données a montré que la dynamique pupillaire est liée non seulement aux différentes phases du sommeil, mais aussi à des schémas spécifiques d'activité cérébrale, tels que les fuseaux de sommeil et les ondes profondes prononcées – des ondes cérébrales importantes pour la consolidation de la mémoire et la stabilité du sommeil. De plus, les chercheurs ont découvert que le cerveau réagit différemment aux sons selon le niveau d'activation, ce qui se reflète dans la taille de la pupille.
Un régulateur clé des niveaux d'activation est une petite région du tronc cérébral appelée locus coeruleus . Des études animales ont montré que cette région est importante pour la régulation des phases de sommeil et du réveil. Cependant, les chercheurs de l'ETH Zurich n'ont pas pu prouver, dans cette étude, si le locus coeruleus est directement responsable des variations de la pupille. « Nous observons simplement des variations de la pupille liées aux niveaux d'activation cérébrale et à l'activité cardiaque », explique Lustenberger.
Dans une étude de suivi, les chercheurs prévoient d'influencer pharmacologiquement l'activité du locus coeruleus et d'étudier son impact sur la dynamique pupillaire. Ils visent à déterminer si cette région cérébrale est effectivement responsable du contrôle des pupilles pendant le sommeil et comment les variations de son niveau d'activation affectent le sommeil et ses fonctions.
Comprendre la dynamique pupillaire pendant le sommeil pourrait également fournir des indices importants pour le diagnostic et le traitement des troubles du sommeil et d’autres maladies. Les chercheurs souhaitent donc étudier si les changements de la pupille pendant le sommeil peuvent fournir des indices sur les perturbations du système d’activation. Il s’agit notamment de troubles tels que l’insomnie, le syndrome de stress post-traumatique et peut-être la maladie d’Alzheimer. « Ce ne sont que des hypothèses que nous souhaitons poursuivre à l’avenir », explique le chercheur sur le sommeil.
Un autre objectif est de rendre la technologie utilisable en dehors du laboratoire du sommeil, par exemple dans les hôpitaux. Là, cela pourrait aider à surveiller le réveil des patients dans le coma ou à diagnostiquer plus précisément les troubles du sommeil. La pupille, comme fenêtre sur le cerveau, pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour la médecine du sommeil et les neurosciences.
publication originale
Carro-Domínguez M, Huwiler S, Oberlin S, Oesch TL, Badii G, Lüthi A, Wenderoth N, Meissner SN, Lustenberger C : La taille de la pupille révèle les fluctuations du niveau d'éveil dans le sommeil humain, Nature Communications Volume 16, Numéro d'article : 2070 (2025). DOI : 10.1038/s41467-025-57289-5
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