Depuis trois décennies, les chercheurs tentent de voir ce que fait le cerveau pendant le sommeil, non seulement quels rythmes électriques parcourent le scalp, mais quelles structures profondes s’illuminent et se taisent au fil de la nuit. Le défi est technique : l’électroencéphalographie (EEG) capture les changements à l’échelle de la milliseconde dans l’activité corticale mais ne peut les localiser de manière sous-corticale, tandis que les méthodes de neuroimagerie fonctionnelle telles que l’IRMf et la TEP offrent une précision spatiale au détriment de la résolution temporelle. Les combiner simultanément promet le meilleur des deux mondes, mais la littérature s’est développée dans des directions dispersées, et personne n’avait assemblé le tableau complet jusqu’à présent.
La première revue systématique couvrant l’ensemble du domaine de la recherche sur le sommeil par EEG-neuroimagerie simultanée a été publiée dans Neuroimage. Dirigée par Angeliki Pollatou de l’Uniformed Services University et du Walter Reed National Military Medical Center, la revue s’appuie sur des recherches systématiques dans cinq bases de données et identifie 205 études éligibles publiées sur environ 30 ans. Le résultat est une carte complète des schémas convergents d’activité cérébrale pendant le sommeil, accompagnée d’un examen rigoureux de l’hétérogénéité méthodologique qui limite encore le domaine.
À travers les modalités, une image convergente émerge
Les études incluses se répartissent par modalité d’imagerie : l’EEG-IRMf domine avec 141 études, suivie de l’EEG-TEP (34 études), de l’EEG-NIRS (26 études) et des combinaisons multimodales (4 études). La diversité des méthodes est à la fois une force et un défi, mais les auteurs trouvent une convergence frappante là où les données sont les plus robustes.
Pour le sommeil non-REM (NREM), les preuves convergent à travers les modalités sur l’implication de trois régions clés : le thalamus, le précunéus et le cortex cingulaire. Ces structures forment un réseau central dont l’activité coordonnée caractérise l’état NREM, soutenant la vision de longue date du sommeil NREM comme une période de synchronisation thalamocorticale et de réduction du débit sensoriel.
Pour le sommeil REM, le schéma change radicalement. Les réseaux limbiques et paralimbiques, y compris l’amygdale et l’hippocampe, montrent une activité accrue, cohérente avec les fonctions émotionnelles et de traitement de la mémoire longtemps attribuées au REM. En même temps, les régions de contrôle exécutif, en particulier le cortex préfrontal dorsolatéral, montrent une activité réduite. Cette dissociation entre les régions cérébrales émotionnelles et les circuits régulateurs préfrontaux peut aider à expliquer la qualité vive, chargée d’émotion et souvent illogique des rêves.
Hétérogénéité méthodologique : un domaine qui trouve encore ses repères
La contribution la plus franche de la revue est peut-être son portrait systématique de l’hétérogénéité persistante du domaine. Parmi les 205 études, 49 pour cent étaient des protocoles uniquement nocturnes, 20 pour cent utilisaient des protocoles de sieste uniquement, et 74 pour cent n’incluaient que des adultes en bonne santé. La taille médiane des échantillons n’était que de 18 participants. Soixante et un pour cent des études utilisaient l’epoch standard de 30 secondes pour la stadification du sommeil, mais les autres ont adopté des approches variées, créant des frictions pour la comparaison entre études. Vingt-huit pour cent utilisaient des protocoles de restriction de sommeil avant l’imagerie, compliquant davantage la généralisation.
Cette hétérogénéité est importante car elle façonne ce qui peut et ne peut pas être conclu. Les petits échantillons limitent la puissance statistique et augmentent le risque de faux positifs. Les approches variées de stadification signifient que ce qui compte comme NREM ou REM peut différer subtilement d’une étude à l’autre. Et la forte dépendance aux adultes en bonne santé laisse ouverte la question de savoir comment ces circuits se comportent dans les populations cliniques où le sommeil est perturbé : insomnie, apnée du sommeil, SSPT et troubles neurodégénératifs.
Une référence pour la prochaine génération de neuroimagerie du sommeil
La valeur principale de la revue est celle d’une synthèse marquante. En réunissant trois décennies de travail sous un même toit et en identifiant où les résultats convergent et où ils divergent, Pollatou et ses collègues ont créé un cadre de référence sur lequel les études futures pourront s’appuyer. Les résultats convergents, le thalamus et le cingulaire dans le NREM, l’activation limbique et la désactivation préfrontale dans le REM, représentent les découvertes les plus robustes du domaine, validées à travers de multiples modalités d’imagerie et laboratoires indépendants.
Les auteurs signalent également le besoin d’échantillons plus larges, de protocoles standardisés et de populations plus diversifiées. Alors que l’EEG-neuroimagerie simultanée devient plus accessible grâce aux progrès des systèmes EEG compatibles IRM et des dispositifs NIRS portables, le domaine a l’opportunité de passer d’études petites et monocentriques à des collaborations plus larges et multisites qui peuvent fournir la puissance statistique et la généralisabilité dont la neuroscience du sommeil a besoin.
La déclaration de conflits d’intérêts note que Nastaren Abad, Afis Ajala et Luca Marinelli sont des employés de GE HealthCare, qui a des intérêts commerciaux dans la technologie de neuroimagerie. Tous les autres auteurs déclarent n’avoir aucun intérêt concurrent.
Source
Pollatou A, Tays G, Skeiky L, Coon W, Scholl C, Abad N, Metzger E, Marinelli L, Ajala A, Yeh PH, Doty TJ, Shih R, Lee A, Capaldi VF II, Kim S, Werner JK. Mapping Human Sleep-State Brain Function with Simultaneous EEG and Neuroimaging: A systematic review. Neuroimage. 2026 Jul 10:122122. doi: 10.1016/j.neuroimage.2026.122122. PMID: 42431562.
Traduit par Lydie