Notre cerveau ne réagit pas de manière fixe et mécanique comme les circuits électroniques. Même si nous voyons la même scène tous les jours sur notre trajet pour nous rendre au travail, ce que nous ressentons – et si cela laisse une impression durable – dépend de notre état interne à ce moment-là. Par exemple, votre trajet peut être flou si vous êtes trop fatigué pour prêter attention à votre environnement.
Le cycle de 24 heures que suivent naturellement les humains est l’un des facteurs qui façonnent l’environnement interne du cerveau. Ces cycles physiologiques internes résultent de l’interaction entre l’horloge circadienne intrinsèque du corps et le cycle externe lumière-obscurité qui la synchronise. Pourtant, la manière dont ces fluctuations quotidiennes influencent la chimie du cerveau et affectent l’excitabilité et la plasticité neuronale reste largement inconnue. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Tohoku ont directement observé des changements dans les réponses aux signaux neuronaux, dépendants de l’heure de la journée, dans le cerveau de rats nocturnes.
Les résultats ont été publiés dans Recherche en neurosciences le 31 octobre 2025.
Grâce à l'optogénétique, l'équipe a activé les neurones du cortex visuel des rats et a enregistré l'activité électrique qui en résulte. Cette approche a permis une quantification précise de la réactivité neuronale. Ils ont découvert que des stimuli neuronaux identiques provoquaient des réponses différentes selon l’heure de la journée. L'activité neuronale était réduite au lever du soleil et augmentée au coucher du soleil. Puisque les rats sont nocturnes, le lever du soleil représente la période après une nuit d’activité pendant laquelle ils se préparent à dormir.
Pour explorer le mécanisme sous-jacent expliquant pourquoi cela se produisait, les chercheurs ont étudié l’adénosine, un neuromodulateur qui s’accumule pendant l’éveil et nous rend somnolent. Lorsque les chercheurs ont bloqué l’action de l’adénosine, l’activité neuronale au lever du soleil a été désinhibée et améliorée, démontrant que l’adénosine aide à réguler l’excitabilité corticale tout au long de la journée.
L'excitabilité neuronale n'est pas constante ; cela dépend de l'état interne du cerveau. Nos résultats montrent que même des neurones identiques peuvent réagir différemment selon l’heure de la journée, régis par des molécules comme l’adénosine qui relient le métabolisme, le sommeil et la signalisation neuronale. »
Professeur Ko Matsui, Université du Tohoku
L’équipe a également examiné si la capacité du cerveau à potentialiser à long terme (LTP), une base cellulaire de l’apprentissage et de la mémoire, change avec l’heure de la journée. Cela représente le potentiel de métaplasticité du cerveau (la capacité du cerveau à ajuster la facilité avec laquelle ses réseaux changent). Remarquablement, la stimulation optique répétitive a induit une amélioration de type LTP au lever du soleil, mais pas au coucher du soleil. Ceci était inattendu, car cela suggère que même si la pression du sommeil et la fatigue culminent au lever du soleil, le potentiel métaplasique du cerveau est accru à ce moment-là. Ces résultats indiquent que la capacité du cerveau à se réorganiser suit un rythme quotidien, avec des périodes spécifiques plus propices à l'apprentissage et à l'adaptation.
« Ces résultats impliquent que nos cerveaux disposent de fenêtres temporelles qui favorisent l'adaptabilité », explique le chercheur principal Yuki Donen. « Savoir quand le cerveau est le plus réceptif au changement pourrait aider à optimiser les thérapies basées sur l'entraînement, la rééducation et la stimulation. »
Chez les humains, qui sont principalement actifs pendant la journée, la capacité d’apprentissage et de formation de la mémoire peut atteindre son maximum au crépuscule, à l’approche du coucher du soleil. En d’autres termes, le meilleur moment pour étudier ou apprendre quelque chose de nouveau est peut-être avant le coucher.
L'étude révèle comment les rythmes quotidiens affinent l'équilibre entre excitabilité et plasticité dans le cortex. Étant donné que les niveaux d'adénosine et la pression du sommeil suivent les schémas circadiens, ce mécanisme peut synchroniser l'adaptabilité du cerveau avec les cycles comportementaux tels que le repos et l'activité. La recherche fournit de nouvelles informations sur la manière dont le cerveau coordonne la consommation d’énergie, la signalisation neuronale et la capacité d’apprentissage tout au long de la journée.
