Les mammifères ont une grande diversité de phénomènes de sommeil. Généralement, ils traversent des périodes alternant sommeil non paradoxal et sommeil paradoxal, mais ceux-ci se manifestent différemment. Les chevaux et autres ongulés herbivores peuvent dormir debout, mais doivent nécessairement s’allonger pour un sommeil paradoxal (ce qui provoque une atonie musculaire) pendant de courtes périodes. Les girafes, par exemple, n’ont besoin que de s’allonger pour dormir pendant quelques minutes à la fois. Les chauves-souris dorment pendant qu’elles sont suspendues à l’envers. Les tatous mâles ont des érections pendant le sommeil non paradoxal, et l’inverse est vrai chez les rats. Les premiers mammifères pratiquaient un sommeil polyphasique, divisant le sommeil en plusieurs épisodes par jour. Des quotas de sommeil quotidiens plus élevés et des cycles de sommeil plus courts chez les espèces polyphasiques par rapport aux espèces monophasiques suggèrent que le sommeil polyphasique pourrait être un moyen moins efficace d’obtenir les avantages du sommeil. Les petites espèces avec une BMR plus élevée peuvent donc avoir des habitudes de sommeil moins efficaces. Il s’ensuit que l’évolution du sommeil monophasique peut jusqu’à présent être un avantage inconnu de l’évolution de tailles de corps de mammifères plus grandes et donc d’une BMR plus faible.
On pense parfois que le sommeil aide à économiser l’énergie, bien que cette théorie ne soit pas entièrement adéquate car elle ne diminue le métabolisme que d’environ 5 à 10%. De plus, on observe que les mammifères ont besoin de sommeil même pendant l’état d’hibernation hypométabolique, dans lequel il s’agit en fait d’une perte nette d’énergie lorsque l’animal revient d’hypothermie à euthermie pour dormir.
Les animaux nocturnes ont des températures corporelles plus élevées, une plus grande activité, une augmentation de la sérotonine et une diminution du cortisol pendant la nuit — l’inverse des animaux diurnes. Les animaux nocturnes et diurnes ont tous deux une activité électrique accrue dans le noyau suprachiasmatique et une sécrétion correspondante de mélatonine par la glande pinéale, la nuit. Les mammifères nocturnes, qui ont tendance à rester éveillés la nuit, ont une mélatonine plus élevée la nuit, tout comme les mammifères diurnes. Et, bien que l’élimination de la glande pinéale chez de nombreux animaux abolit les rythmes de mélatonine, elle n’arrête pas complètement les rythmes circadiens — bien que cela puisse les modifier et affaiblir leur réactivité aux signaux lumineux. Les niveaux de cortisol chez les animaux diurnes augmentent généralement toute la nuit, culminent aux heures de réveil et diminuent pendant la journée. Chez les animaux diurnes, la somnolence augmente pendant la nuit.
DurationEdit
Différents mammifères dorment différentes quantités. Certains, comme les chauves-souris, dorment 18 à 20 heures par jour, tandis que d’autres, y compris les girafes, ne dorment que 3 à 4 heures par jour. Il peut y avoir de grandes différences même entre des espèces étroitement apparentées. Il peut également y avoir des différences entre les études de laboratoire et les études sur le terrain: par exemple, des chercheurs ont rapporté en 1983 que les paresseux en captivité dormaient près de 16 heures par jour, mais en 2008, lorsque des enregistreurs neurophysiologiques miniatures ont été développés qui pouvaient être fixés sur des animaux sauvages, les paresseux dans la nature ne dormaient que 9,6 heures par jour.
Comme pour les oiseaux, la règle principale pour les mammifères (à certaines exceptions près, voir ci-dessous) est qu’ils ont deux stades de sommeil essentiellement différents: le sommeil paradoxal et le sommeil NREM (voir ci-dessus). Les habitudes alimentaires des mammifères sont associées à leur durée de sommeil. Le besoin quotidien de sommeil est le plus élevé chez les carnivores, le plus faible chez les omnivores et le plus faible chez les herbivores. Les humains dorment moins que beaucoup d’autres omnivores, mais autrement pas exceptionnellement beaucoup ou exceptionnellement peu par rapport aux autres mammifères.
De nombreux herbivores, comme les Ruminantia (comme les bovins), passent une grande partie de leur temps de veille dans un état de somnolence, ce qui pourrait peut-être expliquer en partie leur besoin relativement faible de sommeil. Chez les herbivores, une corrélation inverse est apparente entre la masse corporelle et la durée du sommeil; les grands mammifères dorment moins que les plus petits. On pense que cette corrélation explique environ 25% de la différence de quantité de sommeil entre les différents mammifères. En outre, la durée d’un cycle de sommeil particulier est associée à la taille de l’animal; en moyenne, les plus gros animaux auront des cycles de sommeil de plus longues durées que les plus petits animaux. La quantité de sommeil est également associée à des facteurs tels que le métabolisme de base, la masse cérébrale et la masse cérébrale relative. La durée du sommeil chez les espèces est également directement liée au taux métabolique basal (BMR). Les rats, qui ont un BMR élevé, dorment jusqu’à 14 heures par jour, tandis que les éléphants et les girafes, qui ont un BMR plus faible, ne dorment que 2 à 4 heures par jour.
Il a été suggéré que les espèces de mammifères qui investissent dans des temps de sommeil plus longs investissent dans le système immunitaire, car les espèces avec des temps de sommeil plus longs ont un nombre de globules blancs plus élevé. Les mammifères nés avec des systèmes de régulation bien développés, tels que le cheval et la girafe, ont tendance à avoir moins de sommeil paradoxal que les espèces moins développées à la naissance, telles que les chats et les rats. Cela semble faire écho au plus grand besoin de sommeil paradoxal chez les nouveau-nés que chez les adultes chez la plupart des espèces de mammifères. De nombreux mammifères dorment pendant une grande partie de chaque période de 24 heures lorsqu’ils sont très jeunes. La girafe ne dort que 2 heures par jour en séances d’environ 5 à 15 minutes. Les koalas sont les mammifères qui dorment le plus longtemps, environ 20 à 22 heures par jour. Cependant, les épaulards et certains autres dauphins ne dorment pas pendant le premier mois de vie. Au lieu de cela, les jeunes dauphins et baleines se reposent fréquemment en pressant leur corps à côté de celui de leur mère pendant qu’elle nage. Pendant que la mère nage, elle maintient sa progéniture à flot pour éviter qu’elle ne se noie. Cela permet aux jeunes dauphins et baleines de se reposer, ce qui aidera à maintenir leur système immunitaire en bonne santé; à son tour, les protégeant des maladies. Pendant cette période, les mères sacrifient souvent le sommeil pour protéger leurs petits des prédateurs. Cependant, contrairement aux autres mammifères, les dauphins et les baleines adultes peuvent se passer de sommeil pendant un mois.
Périodes de sommeil moyennes comparatives pour divers mammifères (en captivité) de plus de 24 heures
- Chevaux – 2 heures
- Éléphants – 3 heures et plus
- Vaches – 4,0 heures
- Girafes – 4,5 heures
- Humains – 8,0 heures
- Lapins – 8.4 heures
- Chimpanzés – 9,7 heures
- Renards roux – 9,8 heures
- Chiens – 10,1 heures
- Souris domestiques – 12,5 heures
- Chats – 12,5 heures
- Lions – 13,5 heures
- Ornithorynques – 14 heures
- Tamias – 15 heures
- Géants Tatous – 18,1 heures
- Petites chauves–souris brunes – 19,9 heures
Les raisons invoquées pour expliquer ces grandes variations incluent le fait que les mammifères « qui font la sieste en cachette, comme les chauves-souris ou les rongeurs, ont tendance à avoir des siestes plus longues et plus profondes que ceux en alerte constante. »Les lions, qui ont peu peur des prédateurs, ont également des périodes de sommeil relativement longues, tandis que les éléphants doivent manger la plupart du temps pour soutenir leur corps énorme. Les petites chauves-souris brunes conservent leur énergie à l’exception des quelques heures chaque nuit où leurs proies sont disponibles, et les ornithorynques mangent un régime alimentaire de crustacés à haute énergie et, par conséquent, n’ont probablement pas besoin de passer autant de temps éveillé que de nombreux autres mammifères.
RodentsEdit
Une étude menée par Datta soutient indirectement l’idée que la mémoire profite du sommeil. Une boîte a été construite dans laquelle un seul rat pouvait se déplacer librement d’un bout à l’autre. Le fond de la boîte était constitué d’une grille en acier. Une lumière brillerait dans la boîte accompagnée d’un son. Après un délai de cinq secondes, un choc électrique serait appliqué. Une fois le choc commencé, le rat pouvait se déplacer à l’autre extrémité de la boîte, mettant fin immédiatement au choc. Le rat pourrait également utiliser le délai de cinq secondes pour se déplacer à l’autre extrémité de la boîte et éviter complètement le choc. La durée du choc n’a jamais dépassé cinq secondes. Cela a été répété 30 fois pour la moitié des rats. L’autre moitié, le groupe témoin, a été placée dans le même essai, mais les rats ont été choqués quelle que soit leur réaction. Après chacune des séances d’entraînement, le rat serait placé dans une cage d’enregistrement pour six heures d’enregistrements polygraphiques. Ce processus a été répété pendant trois jours consécutifs. Au cours de la session d’enregistrement du sommeil post-test, les rats en ont passé 25.47% plus de temps en sommeil paradoxal après les essais d’apprentissage qu’après les essais de contrôle.
Une observation de l’étude Datta est que le groupe d’apprentissage a passé 180% plus de temps en SWS que le groupe témoin pendant la session d’enregistrement du sommeil post-essai. Cette étude montre qu’après l’activité d’exploration spatiale, les modèles de cellules de lieu de l’hippocampe sont réactivés pendant le SWS suivant l’expérience. Les rats ont été parcourus par une piste linéaire en utilisant des récompenses à chaque extrémité. Les rats seraient ensuite placés sur la piste pendant 30 minutes pour leur permettre de s’ajuster (PRÉ), puis ils ont couru la piste avec un entraînement basé sur la récompense pendant 30 minutes (COURSE), puis ils ont été autorisés à se reposer pendant 30 minutes.
Au cours de chacune de ces trois périodes, des données sur l’EEG ont été recueillies pour obtenir des informations sur les stades de sommeil des rats. Les taux moyens de mise à feu des cellules de l’hippocampe pendant les SPS pré-comportementaux (PRE) et trois intervalles de dix minutes dans les SPS post-comportementaux (POST) ont été calculés en faisant la moyenne sur 22 séances de course sur piste de sept rats. Les résultats ont montré que dix minutes après la séance d’essai, il y avait une augmentation de 12% de la vitesse moyenne de mise à feu des cellules de l’hippocampe par rapport au niveau PRÉ. Après 20 minutes, la cadence de tir moyenne est rapidement revenue vers le niveau PRÉ. La mise à feu élevée des cellules du lieu de l’hippocampe pendant le SWS après l’exploration spatiale pourrait expliquer pourquoi il y avait des niveaux élevés de sommeil à ondes lentes dans l’étude de Datta, car elle traitait également d’une forme d’exploration spatiale.
Chez le rat, la privation de sommeil entraîne une perte de poids et une diminution de la température corporelle. Les rats maintenus éveillés indéfiniment développent des lésions cutanées, une hyperphagie, une perte de masse corporelle, une hypothermie et, éventuellement, une septicémie mortelle. La privation de sommeil empêche également la guérison des brûlures sur les rats. Par rapport à un groupe témoin, les tests sanguins de rats privés de sommeil ont indiqué une diminution de 20% du nombre de globules blancs, un changement significatif du système immunitaire.
Une étude de 2014 a révélé que priver les souris de sommeil augmentait la croissance du cancer et atténuait la capacité du système immunitaire à contrôler les cancers. Les chercheurs ont trouvé des niveaux plus élevés de macrophages associés à la tumeur M2 et de molécules TLR4 chez les souris privées de sommeil et ont proposé cela comme mécanisme d’augmentation de la susceptibilité des souris à la croissance du cancer. Les cellules M2 suppriment le système immunitaire et favorisent la croissance tumorale. Les molécules TRL4 sont des molécules de signalisation dans l’activation du système immunitaire.
Monotrèmes
Étant donné que les monotrèmes (mammifères pondeurs) sont considérés comme l’un des groupes de mammifères les plus anciens sur le plan évolutif, ils ont fait l’objet d’un intérêt particulier pour l’étude du sommeil des mammifères. Comme les premières études de ces animaux n’ont pas pu trouver de preuves claires du sommeil paradoxal, on a d’abord supposé qu’un tel sommeil n’existait pas chez les monotrèmes, mais s’est développé après que les monotrèmes se sont ramifiés du reste de la lignée évolutive des mammifères et sont devenus un groupe distinct et distinct. Cependant, les enregistrements EEG du tronc cérébral chez les monotrèmes montrent un schéma de déclenchement assez similaire aux schémas observés dans le sommeil paradoxal chez les mammifères supérieurs. En fait, la plus grande quantité de sommeil paradoxal connue chez n’importe quel animal se trouve chez l’ornithorynque. L’activation électrique REM ne s’étend pas du tout au cerveau antérieur chez les ornithorynques, ce qui suggère qu’ils ne rêvent pas. Le temps de sommeil moyen de l’ornithorynque sur une période de 24 heures serait aussi long que 14 heures, bien que cela puisse être dû à leur régime alimentaire riche en crustacés.
Mammifères aquatiquesdit
Les conséquences d’un sommeil profond pour les espèces de mammifères marins peuvent être l’étouffement et la noyade, ou devenir des proies faciles pour les prédateurs. Ainsi, les dauphins, les baleines et les pinnipèdes (phoques) s’engagent dans un sommeil unihémisphérique en nageant, ce qui permet à un hémisphère cérébral de rester pleinement fonctionnel, tandis que l’autre s’endort. L’hémisphère endormi alterne, de sorte que les deux hémisphères peuvent être complètement reposés. Tout comme les mammifères terrestres, les pinnipèdes qui dorment sur terre tombent dans un sommeil profond et les deux hémisphères de leur cerveau s’arrêtent et sont en mode de sommeil complet. Les nourrissons de mammifères aquatiques n’ont pas de sommeil paradoxal pendant la petite enfance; le sommeil paradoxal augmente avec l’âge.
Entre autres, les phoques et les baleines appartiennent aux mammifères aquatiques. Les phoques sans oreilles et les phoques à oreilles ont résolu le problème du sommeil dans l’eau via deux méthodes différentes. Les phoques à oreilles, comme les baleines, montrent un sommeil unihémisphérique. La moitié endormie du cerveau ne se réveille pas lorsqu’elle refait surface pour respirer. Lorsque la moitié du cerveau d’un phoque montre un sommeil à ondes lentes, les nageoires et les moustaches de son côté opposé sont immobiles. Lorsqu’ils sont dans l’eau, ces phoques n’ont presque pas de sommeil paradoxal et peuvent passer une semaine ou deux sans cela. Dès qu’ils se déplacent sur terre, ils passent au sommeil PARADOXAL bilatéral et au sommeil NREM comparables aux mammifères terrestres, surprenant les chercheurs par leur manque de « sommeil de récupération » après avoir manqué tant de REM.
Les phoques sans oreilles dorment bihémisphériquement comme la plupart des mammifères, sous l’eau, suspendus à la surface de l’eau ou sur terre. Ils retiennent leur souffle en dormant sous l’eau et se réveillent régulièrement pour faire surface et respirer. Ils peuvent également se suspendre avec leurs narines au-dessus de l’eau et dans cette position ont un sommeil paradoxal, mais ils n’ont pas de sommeil paradoxal sous l’eau.
Un sommeil paradoxal a été observé chez le globicéphale, une espèce de dauphin. Les baleines ne semblent pas avoir de sommeil paradoxal et ne semblent pas avoir de problèmes à cause de cela. Une des raisons pour lesquelles le sommeil paradoxal peut être difficile en milieu marin est le fait que le sommeil paradoxal provoque une atonie musculaire; c’est-à-dire une paralysie fonctionnelle des muscles squelettiques qui peut être difficile à combiner avec le besoin de respirer régulièrement.
Les cétacés à respiration consciente dorment mais ne peuvent pas se permettre d’être inconscients longtemps, car ils peuvent se noyer. Alors que les connaissances sur le sommeil chez les cétacés sauvages sont limitées, il a été enregistré que les cétacés à dents en captivité présentent un sommeil à ondes lentes unihémisphérique (USWS), ce qui signifie qu’ils dorment d’un côté de leur cerveau à la fois, afin qu’ils puissent nager, respirer consciemment et éviter les prédateurs et les contacts sociaux pendant leur période de repos.