Quel est l'effet du café sur un cerveau endormi?

On trouve de la caféine non seulement dans le café, mais aussi dans le thé, le chocolat, les boissons énergétiques et de nombreuses boissons gazeuses, ce qui en fait l'une des substances psychoactives les plus consommées dans le monde.

Dans une étude publiée fin avril dans la revue Nature Communications Biology, une équipe de recherche de l'Université de Montréal offre un nouvel éclairage sur la manière dont la caféine peut modifier l'architecture du sommeil et influencer la récupération – physique et cognitive – du cerveau pendant la nuit.

Cette recherche a été menée par Philipp Thölke, stagiaire de recherche au Laboratoire de neurosciences cognitives et computationnelles de l’Université de Montréal (CoCo Lab), et codirigée par le professeur de psychologie Karim Jerbi, directeur du CoCo Lab et chercheur à Mila, l’Institut québécois d’intelligence artificielle, en collaboration avec la professeure de psychologie du sommeil et du vieillissement de l'UdeM Julie Carrier et son équipe du Centre d’études avancées en médecine du sommeil.

Plus précisément, l’équipe de recherche a démontré pour la première fois, en utilisant l’intelligence artificielle et l’électroencéphalographie, que la caféine augmente la complexité des signaux cérébraux et accroît la «criticité» de l’activité des neurones pendant le sommeil. Il est intéressant de noter que ce phénomène était plus prononcé chez les jeunes adultes.

«La criticité décrit un état du cerveau, qui se trouve en équilibre entre l’ordre et le chaos, explique le professeur 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 ce juste milieu, où l’activité cérébrale est à la fois organisée et flexible. Dans cet état, le cerveau fonctionne de manière optimale: il peut traiter l'information efficacement, s'adapter rapidement, apprendre et prendre des décisions avec agilité.»

«La caféine stimule le cerveau et le pousse vers un état de criticité, où il est plus éveillé, alerte et réactif, dit la professeure Carrier. Utile le jour pour se concentrer, cet état pourrait nuire au repos nocturne: le cerveau ne se détendrait ni ne récupérerait correctement.»

Pour étudier comment la caféine agit sur le cerveau endormi, l’équipe de Julie Carrier a enregistré l'activité cérébrale nocturne de 40 adultes sains à l'aide de l’électroencéphalographie pour comparer les nuits où les participants ont consommé des capsules de caféine (trois heures et une heure avant le coucher) avec celles où ils ont avalé un placébo.

«Nous avons utilisé une méthode d’analyses statistiques avancée ainsi que l’intelligence artificielle afin de relever des changements subtils dans l’activité des neurones, mentionne Philipp Thölke, premier auteur de l’étude. Les résultats ont montré que la caféine augmentait la complexité des signaux cérébraux – reflétant une activité des neurones plus dynamique et moins prévisible – particulièrement pendant la phase du sommeil sans mouvements oculaires rapides, une phase cruciale pour la consolidation de la mémoire et la récupération cognitive.»

L’équipe a également découvert des changements frappants dans les rythmes électriques du cerveau pendant le sommeil: la caféine atténuait les oscillations plus lentes comme les ondes delta – généralement associées à un sommeil profond et réparateur – et stimulait l'activité des ondes bêta, qui sont plus communes pendant l'éveil et l'engagement mental.

«Ces changements indiquent que, même pendant le sommeil, le cerveau reste dans un état plus activé, moins reposant sous l'influence de la caféine, précise Karim Jerbi, qui est aussi titulaire de la Chaire de recherche du Canada en neurosciences computationnelles et neuro-imagerie cognitive. Cette altération de l’activité rythmique du cerveau pourrait aider à expliquer pourquoi la caféine limite l'efficacité avec laquelle le cerveau se restaure pendant la nuit, avec des conséquences potentielles pour le traitement de la mémoire.»

L’étude a aussi révélé que les effets de la caféine sur la dynamique cérébrale étaient nettement plus marqués chez les jeunes adultes – âgés de 20 à 27 ans – par rapport aux participants d'âge moyen – de 41 à 58 ans –, surtout pendant le sommeil paradoxal, la phase associée aux rêves.

Les jeunes adultes ont eu une réponse plus forte à la caféine, probablement en raison de densités plus élevées de récepteurs à l'adénosine dans leur cerveau. L’adénosine est une molécule qui s’accumule progressivement dans le cerveau au cours de la journée, provoquant une sensation de fatigue.

«Les récepteurs de l’adénosine diminuent naturellement avec l'âge, signale Julie Carrier, réduisant du même coup la capacité de la caféine à les bloquer et à améliorer la complexité cérébrale, ce qui pourrait en partie expliquer l’effet moindre de la caféine observé chez les participants d'âge moyen.»

Ces différences constatées en relation avec l'âge donnent à penser 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 effets neuronaux complexes à travers les groupes d'âge est essentiel, notamment en raison de son utilisation quotidienne pour combattre la fatigue diurne.

Davantage de recherches seront nécessaires pour clarifier comment ces changements neuronaux influencent la santé cognitive et le fonctionnement du cerveau au quotidien, potentiellement au moyen de recommandations personnalisées pour la consommation de caféine, concluent les chercheurs.