Depuis la nuit des temps et dans différentes cultures, les parents bercent leurs enfants pour les endormir. Il y a environ mille ans, des populations amérindiennes inventent le «nid des anges», appelé aujourd’hui «hamac», et c’est à partir de la fin du XV^esiècle, à travers les récits de l’explorateur Christophe Colomb, que l’idée des effets positifs du bercement sur l’endormissement commence véritablement à se répandre en Europe. Mais comment, par quels mécanismes, un tel mouvement lent et répété de balancement favorise-t-il l’induction et le maintien du sommeil? Cette question n’avait jamais été réellement abordée par la communauté scientifique. Nos deux études, l’une chez l’homme [1] et l’autre chez la souris [2], permettent d’apporter certains éléments de réponse.

Lorsque nous dormons, nous ne répondons pas aux stimulations externes, d’un point de vue comportemental, comme nous le ferions pendant la veille. Néanmoins, le traitement sensoriel ne cesse pas complétement pendant le sommeil: pour preuve, une stimulation sonore, comme un trafic routier trop intense, peut perturber notre sommeil quand, à l’inverse, le bercement léger du train ou d’un hamac semble le favoriser. Dans les années 1970-1980, des scientifiques ont commencé à étudier l’effet du balancement sur le sommeil des bébés. Par l’utilisation d’un matelas à eau, qui mimait un mouvement oscillant passif sous l’effet du poids du corps, il a été montré que le sommeil des enfants survenait plus rapidement, et était maintenu sur une plus longue période [3]. En 2011, nous avons conçu, à l’université de Genève, un lit berceur (Figure 1B), qui nous a permis de tester chez l’adulte l’effet du balancement sur le sommeil durant une sieste de 45 minutes l’après-midi. Ce lit est suspendu à un cadre par quatre tiges métalliques, rendant ainsi le sommier mobile. Ce dernier est relié à un moteur silencieux, qui lui imprime un mouvement périodique horizontal, régulier et continu. Les paramètres de balancement qui ont été retenus sur la base du confort subjectif des sujets sont: une fréquence de 0,25Hz (4 secondes pour un mouvement d’aller et retour complet) et une amplitude latérale de 10cm. Dans l’étude initiale, nous avions comparé les siestes de 12 bons dormeurs en condition «balancée» et en condition «statique», grâce aux enregistrements polysomnographiques^1,, et avions conclu que non seulement le bercement accélérait l’entrée en sommeil et favorisait un sommeil plus profond, mais qu’il augmentait également la survenue de deux marqueurs neurophysiologiques du sommeil lent, ou sommeil NREM², sur l’électroencéphalogramme (EEG): les «fuseaux de sommeil» (spindles) et les ondes «lentes», définies comme étant de fréquence <4Hz [4]. Le sommeil NREM est en effet caractérisé par l’apparition progressive d’ondes lentes, qui sont le reflet d’une activité synchronisée entre les neurones des circuits thalamo-corticaux. Plus les ondes lentes sont abondantes, plus l’individu est plongé dans un sommeil profond correspondant au stade 3 (N3) du sommeil NREM. Les spindles, d’origine thalamique, sont également caractéristiques du sommeil NREM. Ils surviennent selon un mode phasique, avec une fréquence oscillatoire de 9-15Hz, et sont directement liés à la stabilité et à la qualité du sommeil [5]. Spindles et ondes «très lentes» (slow oscillations, de fréquence <1Hz) du NREM sont aussi les marqueurs d’un phénomène comportemental intrigant: la consolidation de la mémoire pendant le sommeil [6, 7].

Les données de la littérature, conjuguées aux résultats prometteurs de notre première étude sur l’effet du bercement dans la transition veille-sommeil, nous ont ensuite conduits à étudier les effets du bercement sur l’architecture complète du sommeil nocturne et sur le renforcement mnésique chez 18 volontaires, bons dormeurs, qui passaient une nuit complète sur le lit en mouvement (nuit «balancée») et une deuxième nuit sur le même lit en position stationnaire (nuit «statique»). Les sujets ont également été testés pour la mémoire déclarative: une liste de 46 paires de mots était apprise le soir, puis répétée le soir-même avant de dormir et le matin après le réveil. L’étape de «répétition» des mots consistait à présenter un mot, et le sujet devait alors se souvenir du deuxième mot de la paire apprise auparavant. Ce protocole (Figure 1A) nous a permis d’étudier les répercussions du mouvement continu à 0,25Hz sur: (1) l’architecture et le maintien du sommeil, (2) l’entraînement des oscillations cérébrales spécifiques du NREM (spindles et slow oscillations), et (3) la consolidation mnésique durant la nuit.

Figure 1. A. Représentation schématique du protocole expérimental, dans lequel les 18 sujets dormaient une nuit sur le lit qui balance, et une deuxième nuit sur le même lit immobile. B. Le lit « berceur » est animé d’un mouvement latéral périodique d’amplitude 10 cm et de fréquence 0,25 Hz. C. Distribution des différents stades de sommeil (moyenne ± s.e.m., en pourcentage de la période totale de sommeil) pendant les nuits « stationnaire » et « balancée ». L’astérisque indique une différence statistiquement significative, au risque d’erreur 5 %. D. Variation moyenne, exprimée en pourcentage (± s.e.m.), des micro-éveils, des spindles, et des slow oscillations (SO) dans la condition « balancée » comparée à la condition « stationnaire » durant le stade N3 de sommeil profond. E. Illustration, sur un participant de l’étude, du couplage phasefréquence entre phase de la SO et activité spectrale des spindles (fréquence dans la bande sigma, 12-15 Hz) durant le stade N3 en condition « nuit balancée » [1]. La puissance spectrale de la bande sigma des spindles apparaît prédominante durant la transition « down-state to up-state » de la SO. F. Représentation circulaire de la préférence de phase SO-fréquence des spindles pour chaque participant durant N3 en condition « nuit balancée » : tous les points rouges représentant la modulation de l’activité spectrale des spindles de chaque participant sont situés dans une zone proche de 360°, correspondant à la « up-state » des SO.

Figure 1. A. Représentation schématique du protocole expérimental, dans lequel les 18 sujets dormaient une nuit sur le lit qui balance, et une deuxième nuit sur le même lit immobile. B. Le lit « berceur » est animé d’un mouvement latéral périodique d’amplitude 10 cm et de fréquence 0,25 Hz. C. Distribution des différents stades de sommeil (moyenne ± s.e.m., en pourcentage de la période totale de sommeil) pendant les nuits « stationnaire » et « balancée ». L’astérisque indique une différence statistiquement significative, au risque d’erreur 5 %. D. Variation moyenne, exprimée en pourcentage (± s.e.m.), des micro-éveils, des spindles, et des slow oscillations (SO) dans la condition « balancée » comparée à la condition « stationnaire » durant le stade N3 de sommeil profond. E. Illustration, sur un participant de l’étude, du couplage phasefréquence entre phase de la SO et activité spectrale des spindles (fréquence dans la bande sigma, 12-15 Hz) durant le stade N3 en condition « nuit balancée » [1]. La puissance spectrale de la bande sigma des spindles apparaît prédominante durant la transition « down-state to up-state » de la SO. F. Représentation circulaire de la préférence de phase SO-fréquence des spindles pour chaque participant durant N3 en condition « nuit balancée » : tous les points rouges représentant la modulation de l’activité spectrale des spindles de chaque participant sont situés dans une zone proche de 360°, correspondant à la « up-state » des SO.

Comparées aux nuits «statiques», les nuits «balancées» s’accompagnent, chez tous les sujets, d’une modification de l’architecture du sommeil en faveur d’une meilleure qualité. Nous avons observé: (1) un raccourcissement de la latence d’endormissement, (2) une augmentation du sommeil de stade N3 au détriment du sommeil plus léger (stades N1 et N2) (Figure 1C), et (3) une diminution du nombre de micro-éveils (Figure 1D). Même si les micro-éveils sont des événements brefs (3 à 15 secondes), fréquents et spontanés, ils sont néanmoins considérés comme reflétant une activation corticale qui fragmente le sommeil. La diminution du nombre de micro-éveils est particulièrement marquée pendant la période N3, et est ainsi corrélée avec la durée de sommeil profond. La durée prolongée de N3 est associée à une augmentation de 20% des slow oscillations et de 29% des spindles (Figure 1D). Il a été montré que les spindles ne survenaient pas au hasard, mais préférentiellement durant la «up-state» des slow oscillations (Figure 1E–F)^3,. Ce couplage thalamo-cortical entre spindles et slow oscillations coïncide aussi avec l’émergence de rythmes spécifiques de l’hippocampe: des oscillations rapides, ou «ripples», de fréquence 100-200Hz. Cette triple association (phase-coupling) semble importante pour la plasticité corticale responsable des processus de consolidation mnésique dépendant de l’hippocampe pendant le sommeil [6]. En accord avec cette hypothèse, nous avons montré que les performances mnésiques après le réveil étaient nettement améliorées par la nuit «balancée», et que cette augmentation était corrélée avec l’activité spectrale de la bande sigma correspondant aux spindles [1].

Il était intéressant de savoir si l’émergence des slow oscillations et des spindles pendant le sommeil profond était entraînée, synchronisée par le mouvement périodique du balancement. L’analyse de l’EEG a montré que ces ondes spécifiques du NREM survenaient préférentiellement avec une périodicité d’environ 2 secondes, correspondant à chaque changement de direction du lit (matérialisé par un signal sur l’EEG), suggérant ainsi que le mouvement de balancement entraîne une activité synchronisée des circuits thalamo-corticaux. Comment le balancement entraîne-t-il cette synchronisation des ondes cérébrales au bénéfice d’un sommeil de meilleure qualité et d’un renforcement de la mémoire? L’implication probable du système vestibulaire, le système sensoriel qui nous permet de détecter les accélérations et contribue ainsi à l’équilibration, a pu être confirmée par l’étude que nous avons menée conjointement chez la souris [2]. Nous avons d’abord montré qu’un balancement horizontal «à une fréquence optimale de 1Hz» induisait des effets bénéfiques sur le sommeil des souris, à l’image de ceux observés chez l’homme. Dans une deuxième étape, nous avons utilisé des souris transgéniques présentant un dysfonctionnement des organes sensoriels vestibulaires qui les rend incapables de détecter les accélérations linéaires, et nous avons montré que l’architecture du sommeil n’était alors plus modifiée par le balancement. Ce résultat obtenu chez l’animal apporte la preuve mécanistique que l’effet du bercement sur le sommeil passe par le système sensoriel vestibulaire, qui comporte des projections neuronales directes sur le thalamus.

Ces dernières années, des efforts ont été déployés pour trouver des méthodes non-invasives afin d’améliorer la qualité du sommeil par le biais, par exemple, de stimulations auditives ou de stimulations magnétiques trans-crâniennes [8, 9]. Ces études ont réussi à stimuler les ondes cérébrales du sommeil NREM associées à une consolidation des facultés mnésiques, mais sans renforcer la qualité architecturale du sommeil, contrairement au bercement. Le bercement pourrait ainsi constituer une alternative non-pharmacologique pour améliorer la qualité du sommeil chez des individus souffrant de troubles du sommeil. Parce que notre étude montre également une amélioration des capacités mnésiques après une «nuit balancée», le bercement pourrait également constituer une aide pour les personnes âgées, dont le sommeil et les performances cognitives se dégradent souvent avec les années. Notons enfin qu’une étude récente a montré qu’une réduction du sommeil profond est associée à certains biomarqueurs des maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer [10].

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.