On connaît l’effet stimulant de la caféine sur le cerveau éveillé : elle augmente la vigilance, stimule les performances cognitives et améliore l’humeur.

Mais comment réagit notre cerveau une fois endormi après avoir consommé de la caféine?

Une équipe de l’Université de Montréal a montré que même durant les phases de sommeil profond, la dynamique de l'activité cérébrale reste plus proche de celle de l'éveil après la consommation de caféine, ce qui est moins reposant pour le cerveau.

Selon le professeur de neurosciences cognitives Karim Jerbi, cette altération de l’activité rythmique du cerveau endormi lorsqu’il est associé à la caféine peut nuire au repos nocturne et à la restauration et la consolidation de la mémoire.

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Dormir sous influence

Depuis longtemps, on sait que la caféine peut augmenter le temps nécessaire pour s’endormir et qu’elle a un effet sur la qualité du réveil. Mais ses effets sur le cerveau endormi demeuraient jusqu’à présent moins bien cernés, alors que les troubles du sommeil sont liés à plusieurs problèmes de santé tels que les maladies cardiovasculaires et le diabète.

Dans une étude exploratoire, les chercheurs Philipp Thölke, Julie Carrier, Karim Jerbi et leurs collègues associés au Laboratoire de neurosciences computationnelles et cognitives de l’Université de Montréal ont établi comment la caféine modifie l'architecture même du sommeil et influe sur la récupération – physique et cognitive – du cerveau pendant la nuit.

Pour y arriver, ils ont analysé le cerveau endormi de 40 participants pendant deux nuits, dont la moitié avait consommé des capsules de 200 mg de caféine (3 heures et 1 heure avant le coucher) et l’autre moitié avait avalé un placebo.

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Des effets perturbateurs

Grâce à l'apprentissage machine et à une technique d’analyse statistique, les chercheurs ont pu analyser les nombreuses données récoltées lors des électroencéphalogrammes des volontaires.

Ils ont ainsi pu détecter les changements subtils dans l'activité électrique des neurones de leurs cerveaux.

Ces changements révèlent que la consommation de caféine avant le sommeil augmente la complexité des signaux cérébraux. La complexité d'un signal mesure sa variabilité, sa richesse et son imprévisibilité, indique Karim Jerbi. Cela reflète une activité des neurones plus dynamique et moins prévisible – particulièrement pendant la phase du sommeil sans mouvements oculaires rapides (NREM), une phase cruciale pour la consolidation de la mémoire et la récupération cognitive.

La criticité cérébrale est elle aussi augmentée. Cela correspond à un état d'équilibre entre l'ordre et le désordre. C’est le juste milieu, où l’activité cérébrale est à la fois organisée et flexible, explique le professeur Karim Jerbi.

On peut le comparer à un orchestre : trop calme, il ne se passe rien; trop chaotique, c’est la cacophonie. La criticité, c’est la performance cérébrale optimale.

Dans le cerveau endormi sous caféine, les ondes cérébrales lentes (delta) – généralement associées à un sommeil profond et réparateur – diminuent et les ondes rapides (bêta), plus communes pendant l'éveil et l'engagement mental, augmentent. Cette réalité rend l’activité cérébrale durant le sommeil similaire à celle de l'éveil, et cet effet est plus prononcé chez les jeunes participants (20-27 ans) comparativement au groupe plus âgé (41-58 ans), où les effets sont moins marqués.

Des effets plus importants chez les jeunes

La réponse plus forte des plus jeunes à la caféine est probablement liée à leur densité plus élevée de récepteurs à l'adénosine dans leur cerveau, indique Karim Jerbi.

L’adénosine est une molécule qui aide à réguler le sommeil et l’énergie, entre autres. Elle s’accumule progressivement dans le cerveau au cours de la journée, ce qui provoque la sensation de fatigue qui s’installe peu à peu durant la soirée.

Or, la caféine bloque l’effet de l'adénosine. En bloquant les récepteurs de l'adénosine, la caféine empêche l'accumulation de cette molécule, réduisant ainsi la sensation de fatigue et augmentant la vigilance, explique le professeur Karim Jerbi du Département de psychologie de l’Université de Montréal.

Si la caféine masque la fatigue, elle n’élimine toutefois pas le besoin physiologique de dormir.

Les récepteurs de l’adénosine diminuent avec l'âge, ce qui réduit du coup la capacité de la caféine à les bloquer et à améliorer la complexité cérébrale.

[Cette réalité] pourrait en partie expliquer l’effet moindre de la caféine observé chez les participants plus âgés, ajoute le professeur.

Davantage de recherche

Les auteurs de ces travaux publiés dans la revue Nature Communications Biology (nouvelle fenêtre) (en anglais) voudraient maintenant préciser leurs résultats avec plus de participants, mais avec un autre type d’imagerie : le magnétoencéphalogramme.

La magnétoencéphalographie dévoile l’activité du cerveau à la milliseconde près, en captant les champs magnétiques qu’il émet quand il s’active.

Cette technologie de pointe mesure les champs magnétiques générés par l'activité cérébrale et permet une exploration encore plus fine et détaillée des structures du cerveau dont l'activité est altérée par la consommation de caféine, ajoute le professeur.

Une meilleure connaissance des effets de la caféine sur le cerveau et une clarification des changements neuronaux influencent la santé cognitive et le fonctionnement quotidien, potentiellement en guidant des recommandations personnalisées pour la consommation de caféine, concluent les chercheurs.

Ces différences observées en relation avec l'âge suggèrent que les cerveaux plus jeunes pourraient être plus sensibles aux effets stimulants de la caféine. Étant donné la popularité mondiale de la caféine, comprendre ses impacts neuronaux complexes à travers les groupes d'âge est essentiel, notamment en raison de son utilisation quotidienne pour combattre la fatigue diurne.