La nature solitaire et la fonction inconnue de la glande pinéale ont contribué à ce que le philosophe français Renée Descartes l’appelle le « siège de l’âme » et suggère qu’elle est le lieu où l’âme immatérielle communique avec le corps physique. Les idées de Descartes sur la glande pinéale n’ont cependant jamais été largement acceptées par ses contemporains, et aujourd’hui, la fonction la plus fréquemment associée à la glande pinéale est la sécrétion de l’hormone mélatonine, qui est impliquée dans la régulation des rythmes circadiens.

Il n’y a pas de neurones qui quittent la glande pinéale pour transporter des signaux vers d’autres zones du cerveau. Au lieu de cela, la principale sortie de la glande pinéale – et la façon dont elle communique avec le reste du système nerveux – est la mélatonine. La glande pinéale se compose principalement de cellules sécrétrices appelées pinéalocytes, qui sécrètent de la mélatonine à des taux variables tout au long de notre cycle de 24 heures. Les taux les plus élevés de sécrétion de mélatonine se produisent au milieu de la nuit ; ils commencent à diminuer à l’approche de l’aube. Ce calendrier de libération de mélatonine est maintenu en fonction des informations sur la quantité de lumière dans l’environnement que la glande pinéale reçoit de la rétine. La rétine envoie cette information à un noyau de l’hypothalamus appelé noyau suprachiasmatique (NSC), et de là, elle emprunte un chemin alambiqué jusqu’à la glande pinéale.

En plus d’envoyer des informations sur l’éclairage ambiant à la glande pinéale, le NSC contrôle également les rythmes circadiens. Le SCN possède des récepteurs pour la mélatonine, et il utilise le signal de la mélatonine pour obtenir des informations sur l’heure de la journée. Comme les niveaux de mélatonine sont les plus élevés pendant les heures d’obscurité, le SCN peut utiliser l’activité de la mélatonine comme un signe que notre rythme circadien devrait être dans sa phase nocturne. De cette façon, la sécrétion de mélatonine peut être un indicateur important si le rythme circadien d’une personne n’est pas en phase avec son environnement (par exemple, si les niveaux de sécrétion sont élevés mais que la personne est encore bien éveillée). Cela se produit, par exemple, lorsqu’une personne doit s’adapter à un nouveau cycle de 24 heures après avoir traversé plusieurs fuseaux horaires en avion. La mélatonine administrée de manière exogène, en fait, a été explorée comme un moyen d’accélérer le processus d’adaptation à un nouveau cycle veille-sommeil, avec un certain succès.

De même que la sécrétion de mélatonine peut fournir des informations sur l’heure du jour, la durée nocturne de la sécrétion de mélatonine peut fournir des informations sur la saison de l’année. Comme les périodes d’obscurité sont plus longues en hiver, la durée de la sécrétion de mélatonine la nuit en hiver est légèrement plus longue qu’en été. Ce phénomène est utilisé comme un signal chez les animaux considérés comme photopériodiques, ce qui signifie qu’ils subissent des changements biologiques et comportementaux en réponse au changement de saison. Par exemple, de nombreux rongeurs suppriment leur activité sexuelle pendant les mois d’hiver ; il a été démontré que l’ablation de la glande pinéale chez les rongeurs empêche cette suppression. Cela suggère que la sécrétion de mélatonine par la glande pinéale sert en quelque sorte de calendrier biologique chez les rongeurs, contribuant ainsi à réguler leur comportement saisonnier. Il n’est pas certain que cette fonction de la mélatonine soit très pertinente pour les humains, qui ne sont pas considérés comme photopériodiques. Cependant, en raison de l’apparition de symptômes dépressifs en hiver chez les personnes souffrant de troubles affectifs saisonniers, une sécrétion anormale de mélatonine a été soupçonnée de jouer un rôle dans ce trouble, ce qui suggère qu’il est possible que les changements saisonniers dans la sécrétion de mélatonine affectent également le comportement humain.

En raison de son association étroite avec la nuit et les rythmes circadiens, la mélatonine a été étudiée comme jouant un rôle dans la promotion du sommeil. Certains ont émis l’hypothèse que la sécrétion de mélatonine pourrait faciliter le sommeil en inhibant l’activité du SCN qui favorise l’éveil. Cependant, la relation réelle entre la mélatonine et le sommeil n’est pas claire. Chez les animaux nocturnes, les niveaux de mélatonine sont toujours plus élevés la nuit, ce qui suggère que la mélatonine joue un rôle dans les rythmes circadiens qui n’implique pas nécessairement la régulation du sommeil. De nombreuses études ont examiné les effets de l’administration de mélatonine sur le sommeil, et bien que certains éléments indiquent qu’elle pourrait être efficace pour traiter les troubles légers du sommeil, les résultats sont mitigés (par exemple, voir Ferracioli-Oda et al., 2013 et Buscemi et al., 2005).

Les niveaux corrects de sécrétion de mélatonine sont importants pour la santé humaine, et l’hormone est impliquée dans un large éventail de processus non abordés ici. Peut-être parce que la glande pinéale est hautement spécialisée, se concentrant uniquement sur la sécrétion de mélatonine, son importance est parfois négligée. L’importance de la mélatonine dans le maintien des rythmes circadiens, cependant, et le rôle de la glande pinéale dans sa production, suggèrent que la glande pinéale est une structure essentielle pour la santé du système nerveux central.