Paul-Antoine Libourel : « J’essaie de comprendre comment les forces de sélection naturelle modifient le sommeil dans le règne animal. »


Ingénieur de recherche au Centre de recherche en neurosciences de Lyon, Paul-Antoine Libourel vient d’obtenir son habilitation à diriger des recherches. L’occasion de revenir sur son parcours atypique, sa passion pour le sommeil des animaux et de découvrir sa dernière étude sur le sommeil des manchots de l’Antarctique.

Paul-Antoine Libourel est ce qu’on pourrait appeler une vocation tardive. Issu d’une famille de médecins, le jeune homme s’oriente après son bac vers des études de mécanique et productique, avant de se spécialiser dans l’instrumentation médicale et de compléter sa formation par un master en traitement d’images. C’est en commençant à chercher du travail qu’il réalise que, s’il lui apporte de nombreuses satisfactions sur le plan intellectuel, son parcours éclectique le dessert pour décrocher un emploi. C’est alors qu’il passe un concours du CNRS pour un poste d’ingénieur d’étude au Museum d’histoire naturelle de Paris. Le travail consiste à gérer une plateforme d’analyse du mouvement animal. Là, il développe divers outils d’acquisition et d’analyse du mouvement animal pendant trois ans. En 2009, il quitte Paris et rejoint, toujours comme ingénieur d’étude, l’équipe Sommeil du Centre de recherche en neurosciences de Lyon (CRNL). L’équipe est issue du laboratoire du professeur Michel Jouvet, qui contribua à la découverte du sommeil paradoxal dans les années 1950. Il se forme alors aux neurosciences et s’initie au traitement des données cérébrales. Dans ce cadre, il développe divers dispositifs de recherche, dont un dispositif automatique de privation de sommeil paradoxal réduisant le stress chez les animaux. 

Peu à peu, Paul-Antoine Libourel se prend de passion pour cet état complexe qu’il découvre et décide de mener son propre projet de recherche. En 2011, il réussit le concours interne d’ingénieur de recherche et lance son projet de recherche avec le soutien de Pierre-Hervé Luppi, le directeur de son laboratoire, et Anthony Herrel, un ancien collègue du Museum, spécialiste d’herpétologie, discipline qui s’intéresse aux reptiles et aux amphibiens. Son sujet : comprendre l’origine du sommeil dans une perspective évolutive. Pour cela, il décide d’étudier des lézards en utilisant la biologie comparative. « Mon idée était de caractériser l’ensemble des variations phénotypique du sommeil du lézard », explique-t-il. Les obstacles ne manquent pas : « Nous ne disposions pas de procédures d’anesthésie ni d’atlas cérébraux stéréotaxiques, poursuit-il. En outre, je n’étais pas autorisé à travailler avec des lézards dans nos animaleries ; les procédures chirurgicales et les appareils d’enregistrement n’étaient pas adaptés aux reptiles ; enfin, j’avais besoin de certifications en chirurgie expérimentale ainsi que d’habilitations pour travailler sur les reptiles et de permis éthiques. » Cela ne le décourage pas. Il obtient les certifications et permis requis et trouve une animalerie qui travaille avec des lézards. Il développe les procédures anesthésiques et les méthodologies nécessaires à l’enregistrement du sommeil chez les reptiles.

« Après huit ans de recherche, j’ai pu démontrer que deux états de sommeil pouvaient exister chez le lézard tégu argentin. »

En 2013, avec le Dr Bertrand Massot de l’Institut des nanotechnologies de Lyon, il créé un dispositif miniature sans fil de grande autonomie – jusqu’à quatre jours d’enregistrement – capable de caractériser les changements physiologiques, cérébraux et comportementaux des animaux. « Après huit ans de recherche, j’ai pu démontrer que deux états de sommeil pouvaient exister chez le lézard tégu argentin, un résultat remettant en cause l’idée répandue selon laquelle ils n’étaient présents que chez les mammifères et les oiseaux. » Il montre aussi que ces états de sommeil chez les lézards peuvent varier d’une espèce à l’autre et que leur nature est différente de ce qui a été décrit chez les mammifères et les oiseaux (lire notre article sur le sujet). Ces travaux font l’objet de sa thèse, qu’il défend en 2019.

Les biologgers mis au point par P.-A. Libourel ne dépassent pas la taille d’une pièce d’un euro.

Depuis, Paul-Antoine Libourel voit les portes s’ouvrir. Son axe de recherche et ses instruments de monitoring intéressent des chercheurs du monde entier. Il contribue à des programmes de recherche menés par des laboratoires du monde entier (lire l’encadré ci-dessous). Il est invité à écrire des chapitres de livres sur le sommeil, donne des conférences en France et à l’étranger. En 2021, le CNRS lui décerne une Médaille de cristal pour la qualité et l’originalité de ses travaux. La même année, il participe à la fondation de Manitty, une start-up chargée de valoriser les méthodes qu’il a mises au point pour enregistrer les animaux dans la nature. Labélisée DeepTech, elle a pour objectif de développer des solutions intelligentes de télédiagnostic et télésurveillance. Son habilitation à diriger des recherches constitue une étape importante de la carrière de Paul-Antoine Libourel. Il va désormais pouvoir solliciter des financements spécifiques, constituer son équipe de recherche et se faire épauler par des doctorants.

Manchot à jugulaire équipé d'un biologger miniaturisé

Comment dorment les manchots de l’Antarctique ?

En 2019, Paul-Antoine Libourel a mené une étude sur le sommeil des manchots à jugulaire (Pigoscelis antarticus) sur l’île du Roi-Georges (Antarctique) en collaboration avec l’Institut polaire coréen. Grâce à son dispositif miniaturisé (biologger), il a pu enregistrer les états de vigilance de 19 manchots durant onze jours, même quand ceux-ci plongeaient à 200 mètres de profondeur. Les données qu’il a recueillies montrent que les manchots ont une manière très particulière de dormir. Ils s’assoupissent plus de… 10 000 fois par jour (sommeil lent bihémisphérique et unihémisphérique). Bien que ces phases ne durent en moyenne que 4 secondes, elles aboutissent à l’accumulation de plus de 11 heures de sommeil pour chaque hémisphère. « Ce sommeil très fragmenté et réparti uniformément sur la journée suggère que la pression de prédation, ici sur les œufs, a pu entraîner une adaptation au sommeil afin de conserver les bénéfices du sommeil tout en restant vigilant », suggère le chercheur. Cette étude à fait l’objet d’une publication dans la prestigieuse revue Science. Couverture de la revue Science du23/12/01

> Présentation de l’étude par le CNRS.
> Lire l’étude parue dans Science.

Interview de Paul-Antoine Libourel

Paul-Antoine Libourel en 2019, lors de son étude sur le sommeil des manchots sur l’île du Roi-George, en Antarctique ©DR.

Ce que j’essaie de faire, c’est de remettre le sommeil dans un contexte écologique mais aussi dans une perspective évolutive, sur le temps long, au sein de différentes espèces.

Quelle est la question principale que vous vous posez à propos du sommeil ? 
Le sommeil est un processus complexe, tant du point de vue physiologique que comportemental. D’un côté, il apporte des bénéfices dans de nombreux domaines : consolidation de la mémoire, nettoyage des sous-produits métaboliques cérébraux, synthèse de nouvelles protéines, renforcement de l’immunité… De l’autre, il a un coût car il place le sujet dans un état de vulnérabilité. Tout animal doit donc trouver un équilibre entre des phases actives, nécessaires à sa survie (recherche de nourriture, reproduction, protection de sa progéniture) et ses besoins de sommeil, auxquels il peut difficilement se soustraire. Prenons l’exemple d’un oiseau qui doit protéger ses œufs exposés à des prédateurs. Comment adapte-t-il son sommeil ? Va-t-il le réduire, le fractionner, le décaler, le supprimer ? Et jusqu’où ? S’il le réduit trop, il risque d’être moins capable de protéger ses œufs… Chaque espèce, voire chaque population, aboutit ainsi à un équilibre différent en fonction de la pression de son environnement. Ce que j’essaie de faire, c’est de remettre le sommeil dans un contexte écologique mais aussi dans une perspective évolutive, sur le temps long, au sein de différentes espèces.

Est-il facile de caractériser le sommeil ? 
Oui et non. Oui, car on en a une définition assez universelle, de type comportementale. Le sommeil est généralement caractérisé par une position spécifique, parfois dans un lieu spécifique, avec une immobilité prolongée. C’est un état réversible, présentant un seuil de réveil élevé, soumis à un rythme circadien, c’est-à-dire d’environ 24 heures, et à une régulation homéostatique, qui se traduit par le besoin de récupération en cas de manque. Chez les mammifères et les oiseaux, il est classiquement divisé en deux états de sommeil : le sommeil lent et le sommeil paradoxal. Voilà quelques-uns des critères qui caractérisent le sommeil. Mais ils ne sont pas forcément toujours faciles à identifier. C’est le cas des animaux ectothermes, dont la température dépend du milieu extérieur, comme les reptiles ou les poissons. Un lézard qui se fait chauffer au soleil dort-il ou non ? Difficile de le savoir…

Pourquoi avoir étudié le sommeil chez les lézards ?
On connaît très bien le sommeil du rat ou de l’homme. En revanche, on sait très peu de choses sur le sommeil des autres espèces. Les études disponibles soit sont trop anciennes, soit portent sur un trop petit nombre d’individus ou sur des périodes trop courtes. Or, dans une approche évolutive, il est essentiel de pouvoir comparer les différentes expressions du sommeil dans le monde animal. Si je me suis intéressé aux reptiles au début de mes recherches il y dix ans, c’est un peu de hasard. Lors d’une sortie dans un restaurant cap verdien avec le Dr Anthony Herrel, l’un de mes collègues du Museum d’histoire naturelle de Paris, herpétologue (spécialiste des reptiles et des amphibiens), je cherchais une idée pour développer un projet de recherche mêlant sommeil et évolution ou écologie. Et si tu étudiais le sommeil des reptiles ? m’a-t-il suggéré. Comme quoi, une simple phrase peut changer une carrière… Au départ, mon projet de recherche visait à déterminer l’origine du sommeil paradoxal en étudiant les reptiles, et plus spécialement le lézard tégu argentin. Retrouvait-on chez lui des états de sommeil se rapprochant de ceux qui ont été caractérisés chez les mammifères et les oiseaux, apparus bien après les reptiles dans l’évolution ? Grâce au dispositif expérimental que nous avons mis au point, nous avons pu mettre en évidence deux états cérébraux. Bien qu’on ne puisse les assimiler au sommeil lent et au sommeil paradoxal des mammifère, ils en sont peut-être les prémices.

Maintenant que vous êtes habilité à diriger des recherches, quels axes allez-vous développer ?
Mon projet de recherche va s’organiser autour de trois axes : développement instrumental, évolution du sommeil et écologie du sommeil. Nous allons d’abord continuer à améliorer et à diversifier nos appareils de mesure afin de les adapter aux différentes espèces que nous étudions. Nous allons notamment les miniaturiser pour aboutir à des dispositifs sous-cutanés, l’objectif étant de déranger le moins possible les animaux et de faciliter la collecte des données. En ce qui concerne l’analyse des données, nous allons également améliorer les outils informatiques de traitement du signal et de l’image que j’ai développés. Nous aurons recours à des méthodes de machine learning pour exploiter les données massives que nous collectons. S’agissant du deuxième axe, nous allons explorer la diversité de l’expression des phénotypes du sommeil à travers l’arbre du vivant pour mieux comprendre l’origine des états de sommeil. Le troisième axe consistera à déterminer comment le comportement de sommeil a évolué et quelles forces de sélection – en particulier, la prédation – ont façonné les variations des caractéristiques du sommeil (durée, fragmentation, profondeur, distribution circadienne…). Comme vous le voyez, nous avons de quoi nous occuper pour plusieurs années !

Sur le même sujet

Tegu bleu (Tupinambis merianae) ©GlobalP

Les lézards dorment-ils comme nous ? Derrière cette drôle de question se cache en réalité une passionnante quête scientifique : à quel moment le sommeil paradoxal est-il apparu dans le règne animal ? Pour tenter d’y répondre, une équipe du CRNL s’est intéressée au dragon barbu et au tégu argentin, deux espèces de lézards assez différentes. Et ce qu’ils ont découvert laisse penser qu’il est plus ancien qu’on ne croyait…

Chercheur(s)

Paul-Antoine Libourel

Ingénieur de recherche au Centre de recherche en neurosciences de Lyon (CNRS UMR 5292, INSERM U1028) au sein de l'équipe SLEEP, Paul-Antoine Libourel mène des recherches sur le sommeil, ses fonctions et sa variation phénotypique dans le règne animal.

Voir sa page

Paul-Antoine Libourel

Laboratoire

Centre de recherche en neurosciences de Lyon (CRNL)

Le CNRL rassemble 14 équipes pluridisciplinaires appartenant à l’Inserm, au CNRS et à l’Université Lyon. Elles travaillent sur le substrat neuronal et moléculaire des fonctions cérébrales, des processus sensoriels et moteurs jusqu'à la cognition. L’objectif est de relier les différents niveaux de compréhension du cerveau et de renforcer les échanges entre avancées conceptuelles fondamentales et défis cliniques.

À lire également

Autres articles

Métacognition (©Shutterstock/Orla)
Le cortex cingulaire peut-il vraiment « changer l’avenir de notre civilisation » ?

Une critique de « Où est le sens ? », dernier essai de Sébastien Bohler, rédacteur en chef du magazine Cerveau & Psycho.... Lire la suite...

Lire la suite ...
Edvard et Britt-May Moser, Nobel de médecine 2014 (©DR)
Comment notre cerveau code-t-il le temps ?

Après avoir découvert le « GPS du cerveau », les Nobel Edvard et May-Britt Moser cherchent à localiser la zone corticale où s’effectue le codage temporel.... Lire la suite...

Lire la suite ...
Quelle place pour les neurosciences à l’école ? © Mikkel Bigandt - 123RF
Quelle place pour les neurosciences à l’école ?

Améliorer les apprentissages des écoliers en s’appuyant sur les acquis de la recherche, tel est l’objectif du nouveau conseil scientifique de l’Education nationale. Les neurosciences cognitives ...... Lire la suite...

Lire la suite ...