Les fuseaux sigma sont de petites et rapides bouffées de l'activité électroencéphalographique, repérables lors du stade 2 de sommeil, de fréquence comprise entre 12 et 14 Hz, durant un temps d'au moins une demi-seconde.
On retrouve l'activité sigma sous plusieurs noms dans la littérature française tant qu'anglaise : bandes sigma, fuseaux (sigma), train d'ondes, sigma spikes (série de pics), sleep spindles, sigma bands... Dans tous les cas, ils désignent de brusques changements de l'activité EEG lors de la survenue de pics rapides et relativement amples (allant jusqu'à quelques dizaines de microvolts), pouvant se produire plus de 1000 fois dans la nuit.
Les fuseaux sigma résultent vraisemblablement de l'interaction thalamo-corticale, combinant deux périodicités, l'une de 12 à 14 pics par secondes, l'autre, beaucoup plus longue, toutes les 5 à 10 secondes. Les fuseaux sigma sont donc émis périodiquement pendant le sommeil léger.
Avec les Complexes-K, les fuseaux sigma issus du thalamus constituent des éléments caractéristiques du stade 2 de sommeil (avec une fréquence accrue au début et à la fin du stade), dont ils seraient les garants[1], en préservant le sommeil malgré les stimulations externes (bruits, pressions, etc...). Les fuseaux sigma sont par ailleurs de bons prédicteurs de la capacité d'un dormeur à maintenir son état de veille, tandis que des personnes présentant une activité sigma fébrile ont le sommeil très léger et facilement interrompu par de petits bruits. La qualité du sommeil en est conséquemment affectée : le sommeil d'une personne présentant de nombreux fuseaux sigma semble davantage réparateur.
Outre le rôle dans la préservation du sommeil, les fuseaux sigma permettraient au jeune enfant (à partir de 6 à 8 semaines) d'apprendre à contrôler sa motricité : pendant le sommeil, de nombreux fuseaux naissent des régions motrices (sans pour autant impliquer de mouvements continus) chez les enfants. Les fuseaux sigma se rencontrent également dans le cortex frontal, l'hippocampe, où ils seraient en lien, comme les complexes-K, avec la consolidation de la mémoire[2] (intégration des nouvelles connaissances dans la mémoire à long-terme). Les fuseaux gamma signeraient le passage de l'information de l'hippocampe à la mémoire à long terme, dont résulterait un "rafraichissement" de l'hippocampe, alors prêt à apprendre de nouvelles informations. Sieste et nuit comblées en fuseaux gamma permettent ainsi au dormeur de mieux apprendre une fois réveillé (Walker M., 2011[3]). Il est à noter que la majorité de ces fuseaux interviennent dans la seconde moitié de la nuit, d'où l'importance d'une nuit complète pour améliorer l'apprentissage. Une faible activité sigma a par ailleurs été confirmée chez les schizophrènes (Ferrarelli et al, 2007).
[1] Dang-Vu, T.T., McKinney, S.M., Buxton, O.M., Solet, J.M., Ellenbogen, J.M. (2010). "Spontaneous brain rhythms predict sleep stability in the face of noise.". Curr Biol. 2010 Aug 10;20(15):R626-7
[2] Tamminen, J., Payne, J.D., Stickgold, R., Wamsley, E.J., Gareth Gaskell, M. (2010). "Sleep spindle activity is associated with the integration of new memories and existing knowledge". The Journal of Neuroscience, 30(43), 14356–60
[3] Anwar Y. (2011). "As we sleep, speedy brain waves boost our ability to learn". Berkeley University
