Lors des journées d’été les plus chaudes, vous pouvez vous retrouver à somnoler en milieu de journée. Dans certaines parties du monde, c’est une norme culturelle de programmer des « siestes » et de fermer les entreprises pendant les heures les plus chaudes de la journée. Il s’avère que la biologie, et pas seulement la culture, pourrait être derrière tout cela.
La température affecte l’ensemble du comportement humain, des niveaux d’alimentation et d’activité aux cycles veille-sommeil. Nous pouvons avoir plus de mal à dormir en été et être lents à sortir du lit les matins plus froids. Mais le lien entre les neurones sensoriels et les neurones qui contrôlent ce cycle n’est pas complètement compris.
Les neurobiologistes de la Northwestern University ont trouvé quelques indices sur ce qui se passe. Dans une nouvelle étude, publiée aujourd’hui (17 août) dans la revue Biologie actuelle, les chercheurs ont découvert que les mouches des fruits sont préprogrammées pour faire une sieste au milieu de la journée. Suite à leur article qui a identifié un thermomètre cérébral actif uniquement par temps froid, le nouvel article explore un circuit « thermomètre » similaire pour les températures chaudes.
« Les changements de température ont un effet important sur le comportement des humains et des animaux, et offrent aux animaux un signal qui leur donne le temps de s’adapter aux changements de saisons », a déclaré Marco Gallio, professeur agrégé de neurobiologie au Weinberg College of Arts and Sciences. « L’effet de la température sur le sommeil peut être assez extrême, certains animaux décidant de dormir toute une saison – pensez à un ours en hibernation – mais les circuits cérébraux spécifiques qui régissent l’interaction entre la température et les centres du sommeil restent largement non cartographiés. »
Gallio a dirigé l’étude et a déclaré que les mouches des fruits sont un modèle particulièrement bon pour étudier de grandes questions comme « pourquoi dormons-nous? » et « que fait le sommeil pour le cerveau? » parce qu’ils ne tentent pas de perturber l’instinct de la même manière que les humains le font lorsque nous passons des nuits blanches, par exemple. Ils permettent également aux chercheurs d’étudier l’influence de signaux externes tels que la lumière et la température sur les voies cellulaires.
Des cellules qui restent plus longtemps
L’article est le premier à identifier les récepteurs de « chaleur absolue » dans une tête de mouche, qui réagissent à des températures supérieures à environ 77 degrés Fahrenheit, la température préférée de la mouche. Il s’avère que la mouche commune des fruits de laboratoire (drosophile) a colonisé presque toute la planète en formant une association étroite avec les humains. Sans surprise, sa température préférée correspond également à celle de nombreux humains.
Comme ils s’y attendaient sur la base des résultats de leur article précédent sur la température froide, les chercheurs ont découvert que les neurones du cerveau recevant des informations sur la chaleur font partie du système plus large qui régule le sommeil. Lorsque le circuit chaud, parallèle au circuit froid, est actif, les cellules cibles qui favorisent le sommeil de midi restent allumées plus longtemps. Cela se traduit par une augmentation du sommeil de midi qui éloigne les mouches de la partie la plus chaude de la journée.
L’étude a été rendue possible par une initiative de 10 ans qui a produit la première carte complète des connexions neuronales chez un animal (une mouche), appelée le connectome. Avec le connectome, les chercheurs ont accès à un système informatique qui leur indique toutes les connexions cérébrales possibles pour chacune des ~ 100 000 cellules cérébrales de la mouche. Cependant, même avec cette feuille de route extrêmement détaillée, les chercheurs doivent encore comprendre comment les informations dans le cerveau vont du point A au point B. Cet article aide à combler cette lacune.
Les différents circuits pour les températures chaudes et froides ont du sens pour Gallio car « les températures chaudes et froides peuvent avoir des effets assez différents sur la physiologie et le comportement », a-t-il déclaré. Cette séparation peut également refléter des processus évolutifs basés sur les cycles de chaleur et de froid de la Terre. Par exemple, la possibilité que les centres cérébraux du sommeil puissent être directement ciblés chez l’homme par un circuit sensoriel spécifique est maintenant ouverte à l’étude sur la base de ces travaux.
Prochaines étapes
Ensuite, l’équipe de Gallio espère comprendre les cibles communes du circuit froid et chaud, pour découvrir comment chacun peut influencer le sommeil.
« Nous avons identifié un neurone qui pourrait être un site d’intégration des effets des températures chaudes et froides sur le sommeil et l’activité chez la drosophile », a déclaré Michael Alpert, premier auteur de l’article et chercheur postdoctoral au laboratoire Gallio. « Ce serait le début d’études de suivi intéressantes. »
Gallio a ajouté que l’équipe s’intéresse aux effets à long terme de la température sur le comportement et la physiologie pour comprendre l’impact du réchauffement climatique, en examinant à quel point les espèces peuvent s’adapter au changement.
« Les gens peuvent choisir de faire une sieste l’après-midi par une chaude journée, et dans certaines parties du monde, c’est une norme culturelle, mais que choisissez-vous et qu’est-ce qui est programmé en vous ? » dit Gallion. « Bien sûr, ce n’est pas la culture chez les mouches, il pourrait donc y avoir un mécanisme biologique sous-jacent très puissant qui est négligé chez l’homme. »
Michael H. Alpert et al, Un circuit de thermomètre pour température chaude ajuste le comportement de la drosophile à la chaleur persistante, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.07.060
Dominic D. Frank et al, Intégration précoce des stimuli de température et d’humidité dans le cerveau de la drosophile, Biologie actuelle (2017). DOI : 10.1016/j.cub.2017.06.077