Les 4 phases du sommeil : Cycles, étapes et comment mieux dormir

Le sommeil a longtemps été considéré comme un état passif, un arrêt des fonctions physiques et mentales qui permettait au corps de récupérer des activités de la journée. Tout a changé dans les années 1950 avec la découverte du sommeil paradoxal. Ce que l’on croyait être une forme d’inconscience s’est avéré être un processus actif et complexe, crucial pour la formation des souvenirs, la régulation du métabolisme et l’élimination des toxines du cerveau.

Les progrès récents de la science du sommeil ont révélé l’importance d’un bon sommeil pour la santé. Le sommeil est vital non seulement pour se sentir énergique et rétabli, mais aussi pour presque toutes les fonctions essentielles de l’organisme.

Note : Ce contenu est de nature purement informative et ne doit pas se substituer à un avis médical et à la surveillance d’un professionnel qualifié. Si vous pensez souffrir d’un trouble du sommeil ou d’un problème médical, consultez votre médecin dès que possible.

La structure du sommeil

Le processus par lequel le sommeil est organisé et structuré est connu sous le nom d’architecture du sommeil. L’architecture typique du sommeil se compose de quatre cycles, chacun d’une durée moyenne de 90 minutes. Un cycle de 90 minutes comprend trois stades de sommeil à mouvements oculaires non rapides, appelé sommeil NREM, et un stade de sommeil à mouvements oculaires rapides, appelé REM. L’ensemble du processus des quatre cycles dure environ 7 à 8 heures.

Le sommeil était auparavant divisé en cinq stades, qui sont devenus quatre lorsque deux cycles NREM similaires ont été combinés. Les quatre stades ont récemment été renommés N1, N2, N3 et REM, afin de préciser le type de sommeil spécifique qui se produit dans chaque stade au cours d’un cycle.

Chaque stade du sommeil remplit une fonction physiologique et psychologique distincte et se déroule selon une séquence prévisible. Ces séquences doivent être complètes pour un fonctionnement optimal du cerveau et du corps.
Cycle de sommeil

Les stades du sommeil sont distincts mais partagent certaines caractéristiques générales. Pendant les stades de sommeil NREM, les muscles conservent la capacité de fonctionner, bien qu’ils restent généralement immobiles. Les ondes cérébrales sont moins actives, et le rythme cardiaque, la pression sanguine et la respiration ralentissent. Dans le sommeil NREM, comme son nom l’indique, les yeux sont immobiles ou bougent très peu.

Dans le sommeil paradoxal, les yeux bougent rapidement, les muscles sont paralysés en grande partie ou complètement, et le rêve est vif. Les ondes cérébrales pendant le sommeil paradoxal sont similaires aux ondes cérébrales qui se produisent lorsque nous sommes éveillés.

Stade N1 (anciennement appelé Phase 1)

Le stade N1 est le plus léger du sommeil et se produit au moment où l’état d’éveil du corps passe à l’état de sommeil.

Le stade N1 commence généralement dans les minutes qui suivent l’endormissement, mais peut prendre plus ou moins de temps selon les habitudes de sommeil, la présence de troubles ou de perturbations du sommeil et la physiologie de chaque individu.

N1 est un état dynamique qui dure généralement entre une et sept minutes. Comme son nom l’indique, le sommeil NREM implique qu’il n’y a pas, ou dans une bien moindre mesure, de mouvements oculaires comme c’est le cas pour les états de sommeil vif qui se produisent pendant le sommeil paradoxal.

Au cours de cette première phase, nous sommes encore capables d’être conscients de notre environnement, bien que de nombreuses personnes commencent à perdre leur sens normal du temps et de l’espace lors de la transition vers le sommeil.

Pendant le stade N1, les changements physiologiques suivants se produisent :

  • La température du corps diminue.
  • La glande pinéale libère la mélatonine, l’hormone qui favorise le sommeil.
  • Les yeux se ferment
  • Les ondes cérébrales passent des ondes alpha de la relaxation aux ondes thêta du sommeil.
  • Nous pouvons commencer à avoir des rêves
  • Les muscles commencent à se détendre

Pendant le sommeil N1, de petits mouvements de va-et-vient entre les ondes cérébrales alpha et thêta peuvent donner au dormeur le sentiment d’être encore éveillé. Il est facile de se réveiller à ce stade du sommeil et parfois nous ne nous rendons même pas compte que nous ne sommes plus tout à fait alertes.

Les soubresauts hypnotiques, ou l’endormissement, sont fréquents pendant cette phase de transition. Les secousses hypniques sont des contractions soudaines des muscles qui peuvent interrompre le sommeil. Ces mouvements sont parfois accompagnés d’une sensation de chute ou de trébuchement et sont considérés comme normaux. Ils peuvent être aggravés par la caféine, le stress ou certains médicaments. Selon certains chercheurs, les spasmes hypniques seraient un mécanisme de protection hérité de nos ancêtres, qui dormaient dans les arbres, pour nous empêcher de tomber pendant le sommeil.

Jusqu’à récemment, les chercheurs en sommeil pensaient qu’il n’était pas possible de produire des rêves pendant le sommeil NREM, bien que cela ait été récemment réfuté. Rêver pendant les stades de sommeil NREM peut se produire le plus souvent lorsqu’une partie du cerveau active pendant le sommeil REM, le stade où les rêves sont les plus vifs et les plus mémorables, reste activée pendant le sommeil NREM.

Des perturbations pendant le sommeil N1, un temps excessif passé dans cette phase ou une latence de sommeil prolongée (le temps passé à attendre de s’endormir) peuvent indiquer la présence d’un trouble du sommeil. La difficulté à passer au sommeil N1 est un symptôme commun de l’insomnie à court terme et chronique. Les personnes souffrant de la forme d’hypersomnie connue sous le nom de narcolepsie peuvent tomber directement dans le sommeil paradoxal sans passer par aucun des stades du sommeil NREM, y compris le N1.

Stade N2 (anciennement appelé Phase 2)

Environ la moitié des quatre cycles de sommeil sont passés dans la phase N2, la phase de sommeil la plus fréquente. Bien que N2 soit considéré comme un stade de sommeil léger similaire à N1, la transition vers N2 entraîne des changements physiques prononcés, notamment :

  • Le mouvement des yeux s’arrête
  • Une sensibilisation réduite à l’environnement
  • Diminution de la fréquence cardiaque et de la température corporelle
  • Fluctuations incohérentes entre tension et relaxation musculaire
  • Relaxation des muscles des voies aériennes supérieures

Le bavardage pendant le sommeil peut se produire pendant les stades N1 et N2 du sommeil, ainsi que pendant de brefs épisodes d’éveil et d’endormissement.

Bien que les ondes cérébrales ralentissent pendant la phase N2, le cerveau présente de soudains sursauts d’activité appelés fuseaux de sommeil. Les fuseaux de sommeil durent environ 1 à 2 secondes chacun et sont le résultat d’interactions entre les neurones thalamiques et corticaux. Ce type d’activité cérébrale est considéré comme essentiel à la consolidation des souvenirs et à la capacité de se souvenir des rêves.

Une augmentation du nombre de fuseaux de sommeil peut être associée à une intelligence accrue, qui augmente le besoin de traiter de grands volumes d’informations nouvellement acquises. L’une des principales fonctions des fuseaux de sommeil semble être le transfert d’informations de la mémoire à court terme vers la mémoire à long terme.

Les complexes K sont un autre type d’activité des ondes cérébrales observées pendant le sommeil N2. Les complexes K réagissent aux stimuli internes et externes, contribuent au traitement de l’information et aident à synchroniser les phases du sommeil NREM dans son ensemble. Les ondes du complexe K sont censées nous protéger pendant le sommeil en nous empêchant de nous réveiller à des stimuli normaux qui ne présentent aucun danger.

Une durée inhabituelle de la phase N2 peut être le résultat d’une altération des habitudes de sommeil due aux effets secondaires des médicaments ou au processus de vieillissement. La fragmentation N2 peut indiquer un trouble du sommeil tel que l’apnée du sommeil, le syndrome des jambes sans repos ou l’insomnie chronique.

Stade N3 ou sommeil à ondes lentes (anciennement appelé phases 3 et 4)

Le sommeil N3 est connu sous le nom de sommeil à ondes lentes en raison des ondes cérébrales synchronisées visibles sur un EEG (électroencéphalographie). Certaines études montrent que les personnes qui dorment ensemble peuvent partager une partie de cette synchronisation, ainsi que d’autres habitudes de sommeil. Le stade N3 commence généralement environ quarante minutes après le premier endormissement et est le plus profond et le plus réparateur de tous les stades du sommeil.

Le sommeil N3 étant très profond, il peut être très difficile de s’en réveiller. Si vous vous réveillez pendant la phase N3, vous pouvez vous sentir groggy et désorienté, et vos performances mentales peuvent être altérées pendant 30 minutes ou plus. La réduction du débit sanguin cérébral explique la nécessité de ce temps de récupération, qui est nécessaire pour donner au cerveau une chance de reprendre ses fonctions normales.

Pendant le sommeil N3, les changements physiologiques suivants se produisent :

  • Le corps libère des hormones pour aider à contrôler l’appétit.
  • Le flux sanguin vers le cerveau diminue, tandis que le flux sanguin vers les muscles augmente, leur permettant de recevoir de l’oxygène et des nutriments.
  • La consolidation des souvenirs se poursuit
  • La pression sanguine et le rythme cardiaque diminuent encore.
  • La respiration devient plus lente et plus rythmée.
  • L’activité des broches du sommeil dans le cerveau diminue.

Le sommeil N3 est essentiel à la récupération de l’organisme, notamment à la croissance et à la réparation des muscles, des os et des autres tissus. Les cellules gliales reçoivent du sucre pendant cette phase du sommeil, ce qui leur permet de fournir de l’énergie au cerveau. Cette phase du sommeil est également essentielle pour renforcer et soutenir le système immunitaire.

Pendant le sommeil à ondes lentes, les ondes cérébrales passent à une activité à haute tension à ondes lentes connue sous le nom d’ondes delta. Le mouvement des yeux est presque inexistant, et le corps est immobile. Il est plus difficile de réveiller une personne dans cette phase du sommeil, et la plupart des perturbations extérieures passent inaperçues.

Les enfants peuvent présenter des perturbations nocturnes mineures et faire pipi au lit pendant la phase N3 du sommeil. Les parasomnies telles que les terreurs nocturnes, les crises de somnambulisme et le somnambulisme sont également plus fréquentes à ce stade. Les parasomnies peuvent résulter d’un réveil incomplet au cours du sommeil N3, entraînant un éveil partiel du système nerveux autonome et une activité inhabituelle.

Une quantité anormalement élevée de sommeil N3 peut se produire lors de la récupération après une privation de sommeil, tandis qu’une réduction du sommeil N3 peut résulter de l’utilisation de benzodiazépines comme le Valium ou d’antidépresseurs tricycliques.

Les personnes qui ne dorment pas suffisamment pendant la phase N3, comme celles qui souffrent d’insomnie chronique, peuvent voir leur capacité à consolider leurs souvenirs diminuer. La diminution du temps passé en N3 peut également être associée au vieillissement, à la consommation d’alcool, à l’épilepsie ou à la dépression.

Le sommeil paradoxal

Le passage au sommeil paradoxal ne ressemble à aucun autre stade du cycle du sommeil. Bien que le sommeil paradoxal se produise à la fin de chaque cycle, il s’agit du stade de sommeil le plus léger après le N1. Cette étape commence par un signal provenant de la base du cerveau. Le signal traverse le cerveau jusqu’au cortex cérébral, la couche externe du cerveau responsable du traitement des pensées et des informations. On pense que les rêves trouvent leur origine dans cette zone du cerveau.

Le stade du sommeil paradoxal est caractérisé par :

  1. Une séquence distincte de mouvements du corps qui indique la transition hors du sommeil N3.
  2. Paralysie musculaire
  3. Mouvements oculaires rapides et aléatoires
  4. Fluctuations de la respiration, de la circulation et de la température corporelle qui sont propres au sommeil paradoxal et ne se produisent à aucun autre moment du sommeil ou de l’éveil.
  5. Rêves vifs

Pendant le sommeil NREM, l’esprit est au repos, tandis que pendant le sommeil paradoxal, l’esprit est actif et plein d’énergie. Sur l’EEG, les ondes cérébrales apparaissent rapides et désynchronisées, comme lorsque nous sommes éveillés. En fait, le sommeil paradoxal est parfois appelé “sommeil paradoxal” en raison de ses similitudes de fonctionnement avec un cerveau éveillé. La phase REM s’allonge avec chaque cycle consécutif, et la phase REM finale dure environ une heure.

En plus de signaler le début du sommeil paradoxal, le cerveau coupe les signaux aux neurones spinaux, créant une paralysie musculaire généralisée. Si cette paralysie temporaire ne se produit pas, il peut s’agir d’un symptôme de trouble du comportement en sommeil paradoxal, un trouble du sommeil au cours duquel les personnes concernées mettent en scène leurs rêves. Le trouble du comportement en sommeil paradoxal peut entraîner des blessures ou des dommages à l’environnement, et constitue un prédicteur possible de maladies neurologiques telles que la maladie de Parkinson ou la démence.

Bien que le sommeil paradoxal soit l’état physiologiquement le plus proche de l’état de veille, il est le plus éloigné de l’état d’éveil en termes de cycle du sommeil. Seuls les personnes souffrant de narcolepsie et les nourrissons sont capables de passer directement de l’état de veille au sommeil paradoxal. En général, tous les stades du sommeil NREM doivent être passés avant que le sommeil paradoxal ne puisse se produire.

Bien que les stades du sommeil se déroulent normalement dans l’ordre, ils peuvent varier en termes de durée car les cycles se répètent tout au long de la nuit. Au cours des deux premiers cycles de sommeil, on passe généralement plus de temps en sommeil NREM, tandis que dans les cycles suivants, on peut passer plus de temps au stade REM.

En outre, le temps passé dans chaque stade peut dépendre du moment où la personne s’endort. Les personnes qui se couchent tôt et se lèvent tôt passent plus de temps en sommeil NREM, qui tend à être dominant entre 23 heures et 3 heures du matin. Les oiseaux de nuit passent plus de temps en sommeil paradoxal, qui est le plus fréquent entre 3 et 7 heures du matin.

Pour se sentir suffisamment bien reposé et profiter des bienfaits du sommeil sur la santé, le sommeil doit être suffisant et efficace. Si le sommeil paradoxal n’est pas atteint, la fragmentation du sommeil se produit, ce qui peut entraîner une sensation de fatigue et des troubles cognitifs. En outre, un sommeil paradoxal insuffisant peut conduire à :

  • Diminution de l’immunité
  • Altération de la production hormonale
  • Changements dans le métabolisme
  • Risque accru de maladies neurologiques telles que la démence.

Un cycle de sommeil inefficace peut produire les mêmes effets que la privation de sommeil, notamment une diminution de la concentration, une mauvaise coordination, une somnolence diurne et une irritabilité.

Le temps passé en sommeil paradoxal a tendance à diminuer avec l’âge. Alors que les enfants passent jusqu’à 50 % de leur temps de sommeil au stade REM, les adultes n’y consacrent qu’environ 20 %. La fragmentation du sommeil augmente également avec l’âge, bien que cela puisse être dû, du moins en partie, aux médicaments utilisés chez les personnes âgées pour traiter des troubles médicaux et psychiatriques.

Que sont les processus S et C ?

Plus nous passons de temps éveillé, plus notre besoin de sommeil augmente. Cette sensation de “pression du sommeil” est générée par un processus homéostatique complexe appelé processus S. Le processus S est une partie d’un modèle à deux processus de régulation du sommeil.

Le processus S est entraîné par l’accumulation d’une substance chimique appelée adénosine dans le cerveau, ainsi que par l’épuisement du glycogène. L’adénosine inhibe de nombreux processus corporels qui influencent l’état d’éveil. La molécule se fixe sur les cellules du cerveau antérieur qui contrôlent l’état d’éveil et influencent son activité. Cette zone du cerveau est particulièrement sensible à la sensation de “pression du sommeil” associée au processus S.
Des envies de dormir en fonction de l’heure de la journée

La pulsion de sommeil homéostatique du processus S est si forte qu’il est presque impossible pour un être humain de rester éveillé plus de quelques jours. Cela permet d’éviter des dommages physiques importants dus à un manque de sommeil prolongé.

Le sommeil lent réparateur de la phase N3 soulage la sensation de besoin de dormir caractéristique du processus S. Les autres phases, telles que N1 et REM, ne dissipent pas complètement le besoin de dormir, ce qui souligne la nature essentielle du sommeil N3.

En plus du processus S, le sommeil est influencé par le processus C, un composant de l’horloge biologique interne connu sous le nom de rythme circadien. Alors que le processus S explique pourquoi nous nous sentons de plus en plus endormis au fil du temps, le processus C explique pourquoi nous nous sentons plus endormis à certains moments de la journée. Ce processus est contrôlé par l’horloge circadienne, qui régule l’envie de dormir en fonction de la lumière et de l’obscurité.

Alors que la pulsion de sommeil homéostatique du processus S augmente tout au long de la journée, elle est contrebalancée par la pulsion circadienne de rester éveillé jusqu’à la nuit, lorsque l’horloge circadienne passe du maintien de la vigilance à la production de mélatonine pour se préparer à dormir. Au fur et à mesure que nous dormons, la pulsion de sommeil du processus S diminue, la production de mélatonine diminue et la pulsion circadienne de réveil prédomine, nous incitant à nous réveiller.

Alors que le processus S et le processus C restent généralement en équilibre, compensant le besoin de dormir par le besoin de rester éveillé, la privation de sommeil fait souvent pencher la balance en faveur du processus S, augmentant l’envie de dormir à des moments où rester éveillé devrait normalement prévaloir. Cependant, lorsque le sommeil est insuffisant, le corps devient moins sensible aux changements de lumière qui affectent le rythme circadien. Le manque de sommeil peut nous amener à dormir alors que nous devrions être plus éveillés, comme en fin de matinée et en soirée.

Bien que les processus S et C contrôlent largement les impulsions de sommeil et d’éveil, d’autres facteurs peuvent influencer le sommeil et l’éveil. Ces facteurs sont les suivants :

  • Température ambiante
  • Stress
  • Exercice
  • Repas
  • Exercice
  • Lumière et bruit

Préserver la santé du sommeil

Loin d’être un processus passif, les fonctions qui se produisent pendant le sommeil sont essentielles à la santé et au bien-être. Pour dormir suffisamment pendant les quatre phases, il faut prévoir un temps de sommeil adéquat et faire attention au stress et aux autres émotions qui peuvent affecter le sommeil. Les autres éléments essentiels au maintien d’un sommeil sain sont les suivants :

  • Diagnostiquer et traiter les conditions médicales sous-jacentes qui peuvent affecter le sommeil.
  • Évaluation des troubles du sommeil potentiels tels que l’insomnie, l’apnée du sommeil, le syndrome des jambes sans repos et l’hypersomnie.
  • Traiter le conditionnement négatif associé au sommeil et à l’environnement du sommeil à l’aide de régimes tels que le protocole de thérapie cognitivo-comportementale pour l’insomnie.
  • Exercice régulier

Une bonne hygiène du sommeil peut également favoriser un sommeil réparateur. Les principes de base de l’hygiène du sommeil sont les suivants :

  • Maintenir des heures de sommeil et de réveil régulières.
  • Éliminer le bruit, la lumière excessive et les températures extrêmes dans l’environnement du sommeil.
  • Éviter la caféine et l’alcool avant le coucher.
  • Réduire l’utilisation des appareils électroniques dans les heures précédant le coucher, car beaucoup d’entre eux émettent une lumière bleue semblable à celle du soleil qui peut favoriser l’éveil.
  • Éviter les siestes
  • Utiliser le lit uniquement pour dormir et non pour travailler.

Le sommeil est un état dynamique qui évolue au fur et à mesure que notre corps change tout au long de la vie. De l’élimination des toxines à la consolidation de la mémoire et à la cicatrisation des blessures, les processus qui se produisent pendant le sommeil sont essentiels au bon fonctionnement du cerveau et du corps.

Un sommeil adéquat et non perturbé est souvent sacrifié sur l’autel des horaires de travail et de la routine familiale, mais la prise de conscience de l’importance d’une bonne nuit de sommeil est en train de changer la façon dont nous accordons la priorité au repos et à l’activité. Des habitudes plus saines et des routines favorisant le sommeil aident le corps à utiliser les quatre stades essentiels du sommeil, au bénéfice de notre santé à long terme.