Les neurones (cellules nerveuses) produisent des composés chimiques de signalisation nerveuse, appelés neurotransmetteurs libérés dans plusieurs zones du cerveau.

Les neurotransmetteurs impliqués dans le sommeil agissent sur des groupes neuronaux qui contrôlent le réveil et l’endormissement, les zones d’éveil ou de sommeil. L’activité de ces neurotransmetteurs dépend des deux processus vus précédemment, les rythmes circadiens et la régulation homéostatique.

Illustration du cerveau

Lorsque les zones d’éveil sont les plus actives, elles envoient des signaux d’excitation à la couche externe du cerveau : le cortex cérébral. Celui-ci envoie ensuite un message nerveux pour inhiber les activités de sommeil. On obtient donc une situation d’éveil stable. Au contraire, lorsque les zones de sommeil sont plus actives, les activités d’éveil sont inhibées pour maintenir un sommeil stable.

Plusieurs zones du cerveau sont impliquées dans les mécanismes d’éveil et de sommeil, cependant le noyau préoptique ventrolatéral (VLPO), une petite aire du cerveau située dans l’hypothalamus, semble particulièrement impliqué dans le passage de l’éveil au sommeil. Activé par l’accumulation de l’adénosine, il envoie un signal aux centres de stimulation de l’éveil pour arrêter la production de neurotransmetteurs responsables de l’éveil et de la vigilance.

Plusieurs neurotransmetteurs sont impliqués dans la conduite de l’éveil et du sommeil, comme la sérotonine, l’histamine, le GABA, le glutamate, la dopamine, l’acétylcholine, l’orexine et beaucoup d’autres.  Les actions simultanées de ces neurotransmetteurs provoquent l’éveil ou le sommeil.

Le principal neurotransmetteur responsable de la vigilance et de l’excitation est l’histamine, son activité est très haute pendant les périodes d’éveil, puis décroit pendant le sommeil lent, atteignant son minimum pendant le sommeil paradoxal.

La sérotonine est, elle aussi, responsable de l’éveil, son activité provoque une augmentation du temps pour s’endormir, et bloque l’activité des neurones à l’origine d’ondes utiles au sommeil paradoxal. Cependant, elle participe également au sommeil car son accumulation pendant la journée est nécessaire pour la production de mélatonine.

L’orexine (ou hypocrétine) est également un neurotransmetteur excitateur jouant un rôle important dans le cycle de veille / sommeil. Elle régule l’appétit et la vigilance, et son bas niveau la nuit permet la conduite du sommeil. Une déficience d’orexine entraîne des réveils fréquents, et serait aussi responsable de troubles comme la narcolepsie.

Le GABA est au contraire un neurotransmetteur inhibiteur : son action permet de stabiliser l’excitation neuronale afin de favoriser l’endormissement.
Le rôle exact de certains neurotransmetteurs reste cependant encore méconnu.

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