Percevoir sans voir : comment la lumière réinitialise votre horloge interne

À chaque saison de baseball, Fred Crittenden, 73 ans, se plante devant sa télévision dans son petit appartement d’une chambre à une heure au nord de Toronto.

“Oh, j’aime mes sports – j’aime mes Blue Jays”, a déclaré Crittenden. “Ils ont besoin de moi pour les entraîner – ils gagneraient, je vais te le dire.” Il écoute les jeux dans son appartement. Il ne les regarde pas, parce qu’il ne peut pas voir.

“Je suis devenu aveugle”, se souvient Crittenden, quand “j’avais 35 ans”.

Crittenden a rétinite pigmentaire, une maladie héréditaire qui a entraîné la détérioration de ses rétines. Il a perdu tous ses bâtonnets (les cellules qui nous aident à voir dans la pénombre) et tous ses cônes (les cellules qui nous permettent de voir la couleur dans une lumière plus vive). En une seule année, en 1985, Crittenden dit qu’il est passé d’une vision parfaite à une cécité totale.

“La dernière chose que j’ai vue clairement”, dit-il en repensant, “c’était ma fille, Sarah. Elle avait 5 ans à l’époque. J’avais l’habitude d’entrer la nuit et de la regarder quand elle était dans le berceau. Et Je pouvais à peine la distinguer – ses petits yeux ou son nez ou ses lèvres ou son menton, ce genre de choses. Même à ce jour, c’est difficile.

Crittenden dit qu’il lui a fallu environ un an pour accepter sa cécité. Aujourd’hui, plus de 35 ans plus tard, il ne voit pas la lumière. “C’est l’obscurité totale”, rapporte-t-il. Pourtant, il s’en sort très bien. Il y a beaucoup de choses pour lesquelles il n’a pas besoin d’aide, y compris la synchronisation avec le cycle jour/nuit de 24 heures.

La nuit, Crittenden écoute du sport ou son livre parlé. Il dort à 11 heures et se lève tous les matins vers 6 h 30, sans réveil. Cela peut ne pas sembler remarquable, sauf que nos horloges circadiennes sont profondément influencées par la lumière.

Marla Fellerun neurobiologiste de l’Université de Californie à Berkeley, déclare : « Si vous ne voyiez jamais de lumière, vous modifieriez lentement votre cycle de sommeil pour commencer à vous endormir de plus en plus tard. Mais ce qui se passe, c’est que chaque jour vous sortez et regardez le soleil – et cela entraîne cette horloge circadienne à être sur le cycle de 24 heures.”

Donc Crittenden est quelque chose d’un mystère. Il est aveugle, mais son horloge interne marche au rythme de 24 heures d’un monde ensoleillé, à quelques minutes près. Ce n’est pas le cas pour toutes les personnes aveugles. Alors que se passe-t-il avec lui ?

Cela nous amène à Iggy Provencioun biologiste de l’Université de Virginie qui, à l’école doctorale dans les années 90, étudiait la Grenouille africaine à griffes. “La grenouille est vraiment un animal dégoûtant”, rigole-t-il. “Il a la peau très visqueuse.”

Cette peau contient des cellules qui s’assombrissent de pigment lorsqu’elles détectent la lumière, ce qui aide les grenouilles à se fondre dans le lit du ruisseau en dessous. Provencio a découvert la molécule responsable de la détection de la lumière, qu’il a appelée mélanopsine. Et ce n’était pas seulement dans la peau de la grenouille. Lui et son équipe l’ont trouvé dans la rétine des grenouilles, mais aussi des souris.

“Nous regardions à travers le microscope”, se souvient Provencio, “et j’ai dit à mon collègue qui était avec moi, ‘Nous sommes les premiers au monde à voir un système sensoriel complètement nouveau chez les mammifères'” – y compris les humains.

La mélanopsine n’est pas dans nos bâtonnets ou nos cônes. C’est plutôt à l’intérieur de gros neurones appelés cellules de mélanopsine, qui sont parqués dans une autre couche de la rétine. “Imaginez une pieuvre avec ses tentacules tendues”, dit Michel Do, neurobiologiste au Boston Children’s Hospital et à la Harvard Medical School. “Les cellules de mélanopsine – leurs bras s’étendent et se chevauchent avec les bras d’autres cellules de mélanopsine pour former un maillage sur la rétine.”

L’ensemble du maillage est sensible à la lumière, en particulier à la lumière bleue brillante. Le soleil produit une grande partie de cette lumière, tout comme, dans une moindre mesure, nos téléphones, tablettes, écrans et autres éclairages intérieurs, lampadaires et phares. Les tentacules de ces cellules de mélanopsine rayonnent dans tout notre cerveau.

“Je pense que c’est quelque chose comme 30 régions du cerveau qui sont contactées directement par ces cellules”, explique Do. “Un endroit est la structure à la base du cerveau qui est notre horloge circadienne principale.” Ça s’appelle le noyau suprachiasmatique, et il utilise les informations lumineuses qui lui sont transmises par les cellules de mélanopsine pour indiquer au reste de notre corps quand il est temps de dormir et quand il est temps de se réveiller. Les cellules de mélanopsine aident également à influencer la faim, le contrôle de la température, la douleur migraineuse et peut-être même notre humeur et notre façon d’apprendre.

Satchin Panda, chronobiologiste à l’Institut Salk, dit qu’il y a eu des expériences en laboratoire où des souris avaient leur mélanopsine éteinte. “Ces souris, elles peuvent sentir la lumière dans une certaine mesure”, dit-il, mais les choses sont décalées.

Par exemple, donnez-leur une version souris de laboratoire du décalage horaire – où un jour, vous changez soudainement lorsque les lumières s’allument et s’éteignent – et “ces souris, au lieu de prendre sept jours pour se réinitialiser au nouveau fuseau horaire, elles vont prendre un mois », dit Panda. (Il y a une variabilité dans le système, c’est pourquoi certaines personnes ont plus de mal à s’adapter à l’heure d’été ou à un changement de fuseau horaire que d’autres.)

C’est donc le mystère avec lequel nous avons commencé, résolu : Fred Crittenden n’a pas de tiges ou de cônes fonctionnels, mais, il a des cellules de mélanopsine.

L’expérience de Crittenden offre un aperçu d’un système important dans le cerveau et la rétine (au-delà des bâtonnets et des cônes) qui est maintenu chez certaines personnes aveugles. Ce système de cellules spéciales de mélanopsine est probablement ce qui permet au cerveau de Crittenden d’utiliser la lumière pour aider à synchroniser son horloge interne.

Ce sont ces cellules qui disent à son corps de commencer une nouvelle journée chaque matin – pour s’assurer qu’il est réveillé lorsque Sarah, sa fille (qui a maintenant 42 ans) l’appelle.

“Elle m’appelle généralement tous les deux jours, pour voir comment je vais et ce genre de choses”, dit Crittenden affectueusement. “C’est une bonne fille.”

Quand nous avons parlé, Crittenden avait une photo de Sarah dans son appartement. Dedans, elle sourit. La photo était accrochée dans sa chambre, en face de la fenêtre. Et par temps clair, un rayon de soleil traversait cette fenêtre et éclairait le visage de Sarah.

Cette histoire fait partie de notre série scientifique périodique “Finding Time – un voyage à travers la quatrième dimension pour apprendre ce qui nous motive”.

Une autre version a été créée lors d’un spectacle en direct en 2016 au planétarium Charles Hayden du Museum of Science de Boston.

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