Des recherches de l'Université du Michigan révèlent que le sommeil améliore la formation de la mémoire grâce à l'activation des neurones, tandis que la privation de sommeil altère considérablement ce processus, affectant la rétention de la mémoire à long terme.
Le sommeil, ou son absence, affecte considérablement les neurones de l'hippocampe.
Deux études de l’Université du Michigan montrent que le sommeil est essentiel à la mémoire car il permet à des neurones spécifiques de se réactiver et de rejouer des expériences. La privation de sommeil perturbe ce processus, entraînant une altération de la rétention de la mémoire. Même le rattrapage du sommeil ne rétablit pas complètement la réactivation de la mémoire, ce qui souligne le rôle essentiel du sommeil dans la consolidation de la mémoire.
Imaginez que vous êtes étudiant, que c'est la semaine des examens et que vous vous préparez pour un examen important : passez-vous une nuit blanche ou vous reposez-vous ? Comme le savent de nombreuses personnes aux yeux groggy qui regardent un examen d’un air vide, le manque de sommeil peut rendre extrêmement difficile la mémorisation des informations.
Deux nouvelles études de l'Université du Michigan révèlent pourquoi et ce qui se passe dans le cerveau pendant le sommeil et la privation de sommeil pour aider ou nuire à la formation de souvenirs.
Des neurones spécifiques peuvent être adaptés à des stimuli spécifiques. Par exemple, les rats dans un labyrinthe auront des neurones qui s’allumeront une fois que l’animal aura atteint des endroits spécifiques du labyrinthe. Ces neurones, appelés neurones de lieu, sont également actifs chez les personnes et les aident à naviguer dans leur environnement.
Mais que se passe-t-il pendant le sommeil ?
« Si ce neurone répond pendant le sommeil, que pouvez-vous en déduire ? » a déclaré Kamran Diba, Ph.D., professeur agrégé d'anesthésiologie à la faculté de médecine de l'UM.
Une étude, résumée dans la revue Nature et dirigé par Diba et l'ancien étudiant diplômé Kourosh Maboudi, Ph.D., étudie les neurones de l'hippocampe, une structure en forme d'hippocampe située au plus profond du cerveau impliquée dans la formation de la mémoire, et découvre un moyen de visualiser l'ajustement des schémas neuronaux associés à un endroit pendant qu'un animal dormait.
Le rôle des ondulations pointues
Un type d’activité électrique appelé ondulations aiguës émane de l’hippocampe toutes les deux secondes, sur une période de plusieurs heures, pendant les états de repos et de sommeil.
Les chercheurs ont été intrigués par la synchronisation des ondulations et la distance qu’elles parcourent, apparemment pour diffuser des informations d’une partie du cerveau à une autre.
On pense que ces activations permettent aux neurones de former et de mettre à jour des souvenirs, notamment de lieu.
Pour l'étude, l'équipe a mesuré l'activité cérébrale d'un rat pendant son sommeil, après que le rat ait terminé un nouveau labyrinthe.
En utilisant un type d’inférence statistique appelé apprentissage bayésien, ils ont pu pour la première fois déterminer quels neurones répondraient à quels endroits du labyrinthe.
« Disons qu'un neurone préfère un certain coin du labyrinthe. Nous pourrions voir ce neurone s’activer avec d’autres qui présentent une préférence similaire pendant le sommeil. Mais parfois, les neurones associés à d’autres zones peuvent co-activer avec cette cellule. Nous avons ensuite constaté que lorsque nous le replacions dans le labyrinthe, les préférences de localisation des neurones changeaient en fonction des cellules avec lesquelles ils tiraient pendant le sommeil », a déclaré Diba.
La méthode leur permet de visualiser la plasticité ou la dérive représentationnelle des neurones en temps réel.
Cela conforte également la théorie de longue date selon laquelle la réactivation des neurones pendant le sommeil explique en partie pourquoi le sommeil est important pour la mémoire.
Compte tenu de l'importance du sommeil, l'équipe de Diba a voulu étudier ce qui se passe dans le cerveau dans le contexte du manque de sommeil.
Impact de la privation de sommeil
Dans la deuxième étude, également publiée dans Naturel'équipe, dirigée par Diba et l'ancien étudiant diplômé Bapun Giri, Ph.D., a comparé le degré de réactivation des neurones (l'endroit où les neurones qui se sont déclenchés pendant l'exploration du labyrinthe se déclenchent spontanément à nouveau au repos) et la séquence de leur réactivation (quantifiée comme replay), pendant le sommeil vs. pendant la perte de sommeil.
Ils ont découvert que les modes d'activation des neurones impliqués dans la réactivation et la relecture de l'expérience du labyrinthe étaient plus élevés pendant le sommeil que pendant la privation de sommeil.
La privation de sommeil correspondait à un taux similaire ou supérieur d’ondulations d’ondes aiguës, mais à des ondes d’amplitude plus faible et à des ondulations de puissance plus faible.
« Dans près de la moitié des cas, cependant, la réactivation de l'expérience du labyrinthe lors d'ondulations brusques a été complètement supprimée pendant la privation de sommeil », a déclaré Diba.
Lorsque les rats privés de sommeil étaient capables de rattraper leur retard, a-t-il ajouté, même si la réactivation a légèrement rebondi, elle n'a jamais égalé celle des rats qui dormaient normalement. De plus, la relecture était également altérée, mais n'était pas récupérée lorsque le sommeil perdu était retrouvé.
Puisque la réactivation et la relecture sont importantes pour la mémoire, les résultats démontrent les effets néfastes de la privation de sommeil sur la mémoire.
L'équipe de Diba espère continuer à examiner la nature du traitement de la mémoire pendant le sommeil et pourquoi ils doivent être réactivés ainsi que les effets de la pression du sommeil sur la mémoire.
La recherche a été financée par l'Institut national de la santé mentale et l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux.
Les autres auteurs incluent Hiroyuki Miyawaki, Caleb Kemere, Nathaniel Kinshy, Utku Kaya et Ted Abel.
