BLes amoureux de l’hiver qui aiment le ski et les batailles de boules de neige, ainsi que ceux qui essaient simplement de supporter leur séjour dehors, ont senti l’air froid leur frapper le visage. Ils se sont demandés si cette froideur influençait le cerveau.
La bonne nouvelle est que le cerveau est exceptionnel pour maintenir sa température à 37°C. « Pour l’humain moyen qui skie par temps froid, la température du cerveau est protégée », a déclaré Mel Robertson, professeur émérite et neuroscientifique à l’Université Queen’s. Alors que le cerveau déclenche divers mécanismes pour protéger l’organisme lorsque la température extérieure baisse, une exposition prolongée au froid peut provoquer de graves lésions cérébrales.
Lorsque le mercure baisse, les nerfs de la peau qui détectent le froid envoient signaux électriques à une région spécifique de l’hypothalamus appelée le zone préoptiquequi régule la température corporelle.1,2 « Ce thermostat renverra des signaux au corps et lui indiquera que vous devez thermoréguler », a déclaré Elena Gracheva, neuroscientifique à l’Université de Yale. Le thermostat augmente la température corporelle en régulant la constriction des vaisseaux sanguins et en stimulant les contractions musculaires (frissonner), et produire de la chaleur en brûlant plus de carburant.2,3
« Nous brûlons une grande partie de nos calories chaque jour en maintenant notre température corporelle », a déclaré Neeraj Lal, neuroscientifique au Scripps Research Institute. Pour étudier comment le froid déclenche des signaux de faim dans le cerveau afin de reconstituer ces calories, Lal et son équipe ont étudié l’influence du froid sur le cerveau des souris. Ils ont noté qu’une section du thalamus de la souris appelée noyau xiphoïde produisait des niveaux élevés de c-Fos, une protéine utilisée comme marqueur de l’activité neuronale, à mesure que les températures baissaient. Activité dans le noyau xiphoïde est restée élevée même si d’autres zones du cerveau, comme le cortex, ont commencé à s’arrêter, ce qui peut se produire lorsque la température centrale baisse.4
Pour étudier le rôle du noyau xiphoïde, Lal et ses collègues ont conçu des récepteurs pour les neurotransmetteurs du noyau xiphoïde qui étaient sensibles à un médicament spécifique afin qu’ils puissent stimuler artificiellement le noyau xiphoïde du cerveau de la souris. Lorsque le noyau xiphoïde était stimulé par temps froid, les souris mangeaient davantage. Lorsqu’ils ont conçu des récepteurs pour supprimer artificiellement les signaux neuronaux dans le noyau xiphoïde, les souris ont mangé moins par temps froid. Lorsque les deux expériences ont été réalisées à des températures chaudes, la quantité de nourriture consommée par les souris n’a pas changé de manière significative, ce qui suggère que le noyau xiphoïde contrôle l’appétit en réponse au froid.
Bien que le cerveau s’efforce de maintenir une température corporelle stable grâce à ces mécanismes, une exposition prolongée au froid peut causer de graves dommages. Même une baisse de 2°C de la température corporelle centrale peut provoquer une hypothermie. C’est à ce stade que les effets du froid sur le cerveau sont les plus apparents.
« À 18°C, nous aurons une fuite massive dans notre barrière hémato-encéphalique, et le cerveau n’est plus protégé contre les déchets normaux que nous produisons », a déclaré Gracheva. Le flot de toxines qui en résulte à travers la barrière hémato-encéphalique percée de trous peut réduire la capacité du cerveau à fonctionner.
À des températures extrêmement froides, les protéines des canaux ioniques fonctionnent également mal. Par conséquent, un nombre plus élevé d’ions potassium peut quitter le neurone, et lorsque cela se produit, le neurone va fermermais pas avant de déclencher la propagation de ce déséquilibre ionique, selon Robertson.5 « Vous ne pouvez pas avoir de fonction neuronale lorsque le potassium extracellulaire est si élevé, donc tous les neurones entrent dans un état inactif », a déclaré Robertson. En conséquence, l’activité neuronale dans certaines parties du cerveau s’arrête après une exposition à un froid extrême. « Nos neurones et notre cœur mourront en premier pendant l’hypothermie, car ces transporteurs d’ions ne peuvent pas fonctionner à des températures plus basses », a déclaré Gracheva.
Étonnamment, études ont découvert que les humains exposés à des températures froides pendant de longues périodes peuvent survivre et présenter une activité cérébrale normale. Robertson pense donc que le cerveau pourrait s’arrêter pour se protéger de dommages supplémentaires.6 Néanmoins, si vous sortez dehors pendant les semaines restantes de l’hiver, il serait toujours préférable d’éviter de le découvrir en vous emmitouflant et en laissant le thermostat de votre cerveau s’occuper du reste.
Les références
- Nakamura K, Morrison SF. Mécanisme préoptique pour les réponses de défense contre le froid au refroidissement cutané. J Physiol. 2008;586(10):2611-2620.
- Nakamura K, Morrison SF. Voies efférentes centrales pour les frissons défensifs contre le froid et fébriles. J Physiol. 2008;586(10):2611-2620.
- Kenny GP, Flouris SF. Le système de thermorégulation humaine et sa réponse au stress thermique. Vêtements de protection. 2014;319-365.
- Lal NK, et al. Le noyau xiphoïde du thalamus médian contrôle la recherche de nourriture induite par le froid. Nature. 2023;621(7977):138-145.
- Robertson RM, et coll. Arrêt neuronal sous stress : une perspective évolutive sur la propagation de la dépolarisation. J Neurophysiol. 2020;123(3):885-895.
- Hilmo J, et coll. Personne n’est mort tant qu’il n’est pas chaud et mort : une réanimation prolongée est justifiée chez les victimes d’hypothermie arrêtées, également dans les zones reculées – Une étude rétrospective du nord de la Norvège. Réanimation. 2014;85(9):1204-1211.
