Par l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST) Graduate University
30 juin 2023
Les scientifiques ont découvert que les pieuvres présentent deux stades de sommeil distincts : un stade calme et un stade actif qui ressemble au sommeil paradoxal des mammifères. Pendant la phase de sommeil actif, les pieuvres présentent des comportements et une activité neuronale similaires à leur état d’éveil, ce qui pourrait avoir une fonction similaire à celle du rêve chez l’homme.
Comme les humains, les pieuvres passent par deux stades de sommeil – un stade calme et un stade actif qui ressemble au sommeil paradoxal des mammifères. Mais cela pourrait-il signifier que les pieuvres rêvent ?
Lorsque les pieuvres dorment, leurs périodes calmes de sommeil sont ponctuées de brèves poussées d’activité frénétique. Leurs bras et leurs yeux se contractent, leur rythme respiratoire s’accélère et leur peau se pare de couleurs vives.
Des chercheurs de l’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), en collaboration avec l’université de Washington, ont examiné de près l’activité cérébrale et la configuration de la peau des pieuvres (Octopus laqueus) pendant cette période active de sommeil et ont découvert qu’elles ressemblent beaucoup à l’activité neuronale et à la configuration de la peau observées à l’état d’éveil. Une activité semblable à celle de l’éveil se produit également pendant le sommeil à mouvements oculaires rapides (REM) chez les mammifères – la phase au cours de laquelle la plupart des rêves se produisent.
Pendant le sommeil calme, l’octopus laqueus semble blanc et immobile. Ce sommeil calme est ponctué d’épisodes de sommeil qui présentent une activité de type éveil (sommeil actif) à peu près toutes les heures. Crédit : Keishu Asada (OIST)
L’étude, publiée le 28 juin dans la revue Nature, met en évidence les similitudes remarquables entre le comportement des pieuvres et celui des humains en matière de sommeil et fournit des informations fascinantes sur l’origine et la fonction du sommeil.
« Tous les animaux semblent présenter une certaine forme de sommeil, même les animaux simples comme les méduses et les mouches des fruits. Mais pendant longtemps, seuls les vertébrés étaient connus pour passer d’un stade de sommeil à l’autre », a déclaré l’auteur principal, le professeur Sam Reiter, qui dirige l’unité de neuroéthologie informatique à l’OIST.
Ces nouvelles révélations sur le sommeil des pieuvres sont le fruit d’une visite à l’OIST du Dr Leenoy Meshulam, physicien statisticien à l’université de Washington, qui a passé trois mois en tant qu’invité du programme d’accueil des sciences théoriques de l’OIST.
« Le fait que le sommeil en deux phases ait évolué indépendamment chez des créatures très proches, comme les pieuvres, qui ont des structures cérébrales importantes mais complètement différentes de celles des vertébrés, suggère que la possession d’une phase active, semblable à l’éveil, pourrait être une caractéristique générale de la cognition complexe », a déclaré le Dr Meshulam.
Un poulpe de l’espèce Octopus laqueus modifie les motifs de sa peau pendant le sommeil actif. Crédit : OIST
Pour commencer, les scientifiques ont vérifié si les pieuvres étaient réellement endormies pendant cette période active. Ils ont testé la façon dont les pieuvres réagissaient à un stimulus physique et ont constaté qu’en phase de sommeil calme et actif, les pieuvres avaient besoin d’une stimulation plus forte avant de réagir que lorsqu’elles étaient éveillées. L’équipe a également découvert que si elle empêchait les pieuvres de dormir ou si elle les perturbait pendant la phase active du sommeil, les pieuvres entraient plus tôt et plus fréquemment dans le sommeil actif.
« Ce comportement compensatoire confirme que la phase active est une phase essentielle du sommeil dont les pieuvres ont besoin pour fonctionner correctement », a déclaré Aditi Pophale, coauteur de l’étude et étudiant en doctorat à l’OIST.
Les chercheurs ont également étudié l’activité cérébrale des pieuvres lorsqu’elles sont éveillées et endormies. Pendant le sommeil calme, les scientifiques ont observé des ondes cérébrales caractéristiques qui ressemblent beaucoup à certaines formes d’ondes observées pendant le sommeil non paradoxal dans le cerveau des mammifères, appelées fuseaux de sommeil. Bien que la fonction exacte de ces ondes ne soit pas claire, même chez l’homme, les scientifiques pensent qu’elles contribuent à la consolidation des souvenirs. À l’aide d’un microscope de pointe construit par le Dr Tomoyuki Mano, coauteur du premier article, les chercheurs ont déterminé que ces ondes ressemblant à des fuseaux de sommeil se produisent dans les régions du cerveau des pieuvres associées à l’apprentissage et à la mémoire, ce qui suggère que ces ondes ont potentiellement une fonction similaire à celle des humains.
Environ une fois par heure, les pieuvres entraient dans une phase de sommeil actif pendant environ une minute. Pendant cette phase, l’activité cérébrale des pieuvres ressemblait beaucoup à leur activité cérébrale lorsqu’elles étaient éveillées, tout comme le sommeil paradoxal chez les humains.
Le groupe de recherche a également capturé et analysé les motifs cutanés changeants des pieuvres éveillées et endormies en résolution 8K ultra-élevée.
« En filmant avec une résolution aussi élevée, nous pouvons voir comment chaque cellule pigmentée se comporte pour créer un motif cutané global », a déclaré le Dr Meshulam. « Cela pourrait nous aider à créer des modèles simples de motifs cutanés afin de comprendre les principes généraux du comportement des motifs à l’état de veille et de sommeil.
Lorsqu’elles sont éveillées, les pieuvres contrôlent des milliers de minuscules cellules pigmentées dans leur peau, créant ainsi une vaste gamme de motifs cutanés différents. Elles utilisent ces motifs pour se camoufler dans différents environnements et pour afficher des signes sociaux ou de menace, par exemple pour avertir les prédateurs et communiquer entre elles. Pendant le sommeil actif, les scientifiques ont constaté que les pieuvres passaient par ces mêmes motifs cutanés.
Les similitudes entre le sommeil actif et l’état d’éveil pourraient s’expliquer par diverses raisons, ont déclaré les scientifiques. Une théorie veut que les pieuvres pratiquent leurs motifs cutanés pour améliorer leur comportement de camouflage à l’état de veille, ou simplement pour maintenir les cellules pigmentaires.
Une autre idée intrigante est que les pieuvres pourraient revivre et apprendre de leurs expériences de veille, comme chasser ou se cacher d’un prédateur, et réactiver le motif cutané associé à chaque expérience. En d’autres termes, elles pourraient faire quelque chose de similaire au rêve.
« En ce sens, alors que les humains ne peuvent raconter verbalement le type de rêve qu’ils ont fait qu’une fois réveillés, le motif de la peau des pieuvres agit comme une lecture visuelle de l’activité de leur cerveau pendant le sommeil », a déclaré le professeur Reiter.
Et d’ajouter : « Nous ne savons pas actuellement laquelle de ces explications, le cas échéant, pourrait être correcte. Nous sommes très intéressés par des recherches plus approfondies.
Référence : « Wake-like skin patterning and neural activity during octopus sleep » par Aditi Pophale, Kazumichi Shimizu, Tomoyuki Mano, Teresa L. Iglesias, Kerry Martin, Makoto Hiroi, Keishu Asada, Paulette García Andaluz, Thi Thu Van Dinh, Leenoy Meshulam et Sam Reiter, 28 juin 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06203-4