Des scientifiques découvrent un lien entre le sommeil et l’apprentissage de nouvelles tâches – Harvard Gazette

Pourquoi dormons-nous ? Les scientifiques débattent de cette question depuis des millénaires, mais une nouvelle étude ajoute de nouveaux indices pour résoudre ce mystère.

Les conclusions, publiées dans le Journal des neurosciences, pourrait aider à expliquer comment les humains forment des souvenirs et apprennent, et pourrait éventuellement contribuer au développement d’outils d’assistance pour les personnes touchées par une maladie ou une blessure neurologique. L’étude a été menée par le Massachusetts General Hospital en collaboration avec des collègues de l’Université Brown, du Département des anciens combattants et de plusieurs autres institutions.

Les scientifiques qui étudient les animaux de laboratoire ont découvert il y a longtemps un phénomène connu sous le nom de “rejeu” qui se produit pendant le sommeil, explique le neurologue Daniel Rubin du Centre de neurotechnologie et de neurorécupération du MGH, auteur principal de l’étude. La relecture est théorisée comme une stratégie que le cerveau utilise pour se souvenir de nouvelles informations. Si une souris est entraînée à se frayer un chemin dans un labyrinthe, des dispositifs de surveillance peuvent montrer qu’un schéma spécifique de cellules cérébrales, ou neurones, s’allumera lorsqu’il traversera le bon itinéraire. “Puis, plus tard, pendant que l’animal dort, vous pouvez voir que ces neurones se déclenchent à nouveau dans le même ordre”, explique Rubin.

Les scientifiques pensent que cette répétition du déclenchement neuronal pendant le sommeil est la façon dont le cerveau pratique les informations nouvellement apprises, ce qui permet à une mémoire d’être consolidée, c’est-à-dire convertie d’une mémoire à court terme en une mémoire à long terme.

Cependant, la relecture n’a été démontrée de manière convaincante que chez les animaux de laboratoire. « Il y a eu une question ouverte dans la communauté des neurosciences : dans quelle mesure ce modèle sur la façon dont nous apprenons les choses est-il vrai chez les humains ? Et est-ce vrai pour différents types d’apprentissage ? » demande le neurologue Sydney S. Cash, codirecteur du Centre de neurotechnologie et de neurorécupération au MGH et co-auteur principal de l’étude. Surtout, dit Cash, comprendre si la relecture se produit avec l’apprentissage des habiletés motrices pourrait aider à guider le développement de nouvelles thérapies et de nouveaux outils pour les personnes atteintes de maladies et de blessures neurologiques.

Pour étudier si la relecture se produit dans le cortex moteur humain – la région du cerveau qui régit le mouvement – Rubin, Cash et leurs collègues ont enrôlé un homme de 36 ans atteint de tétraplégie (également appelée quadriplégie), ce qui signifie qu’il est incapable de bouger sa partie supérieure et membres inférieurs, dans son cas en raison d’une lésion de la moelle épinière. L’homme, identifié dans l’étude comme T11, participe à un essai clinique d’un dispositif d’interface cerveau-ordinateur qui lui permet d’utiliser un curseur et un clavier d’ordinateur sur un écran. Le dispositif expérimental est développé par le consortium BrainGate, un effort collaboratif impliquant des cliniciens, des neuroscientifiques et des ingénieurs de plusieurs institutions dans le but de créer des technologies pour restaurer la communication, la mobilité et l’indépendance des personnes atteintes de maladies neurologiques, de blessures ou de perte de membre. Le consortium est dirigé par Leigh R. Hochberg du MGH, Brown University, et le Department of Veterans Affairs.

Dans l’étude, on a demandé à T11 d’effectuer une tâche de mémoire similaire au jeu électronique Simon, dans laquelle un joueur observe un motif de lumières colorées clignotantes, puis doit se rappeler et reproduire cette séquence. Il contrôlait le curseur sur l’écran de l’ordinateur simplement en pensant au mouvement de sa propre main. Des capteurs implantés dans le cortex moteur de T11 mesuraient des schémas de déclenchement neuronal, qui reflétaient le mouvement de sa main, lui permettant de déplacer le curseur sur l’écran et de cliquer dessus aux emplacements souhaités. Ces signaux cérébraux ont été enregistrés et transmis sans fil à un ordinateur.

Cette nuit-là, alors que T11 dormait à la maison, l’activité de son cortex moteur a été enregistrée et transmise sans fil à un ordinateur. “Ce que nous avons trouvé était assez incroyable”, déclare Rubin. “Il jouait essentiellement au jeu pendant la nuit dans son sommeil.” À plusieurs reprises, dit Rubin, les schémas de déclenchement neuronal de T11 pendant le sommeil correspondaient exactement aux schémas qui se produisaient alors qu’il effectuait le jeu de correspondance de mémoire plus tôt dans la journée.

“Il s’agit de la preuve la plus directe de rejeu du cortex moteur qui ait jamais été vue pendant le sommeil chez l’homme”, déclare Rubin. La plupart des rediffusions détectées dans l’étude se sont produites pendant le sommeil à ondes lentes, une phase de sommeil profond. Fait intéressant, la relecture était beaucoup moins susceptible d’être détectée pendant que T11 était en sommeil paradoxal, la phase la plus souvent associée au rêve. Rubin et Cash voient ce travail comme une base pour en savoir plus sur la relecture et son rôle dans l’apprentissage et la mémoire chez l’homme.

“Notre espoir est que nous pouvons tirer parti de ces informations pour aider à construire de meilleures interfaces cerveau-ordinateur et proposer des paradigmes qui aident les gens à apprendre plus rapidement et efficacement afin de reprendre le contrôle après une blessure”, déclare Cash, soulignant l’importance de déplacer ce ligne d’enquête des animaux aux sujets humains. “Ce type de recherche bénéficie énormément de l’interaction étroite que nous avons avec nos participants”, ajoute-t-il, avec gratitude envers T11 et les autres participants à l’essai clinique BrainGate.

Hochberg est d’accord. “Nos incroyables participants à BrainGate fournissent non seulement des commentaires utiles pour la création d’un système permettant de restaurer la communication et la mobilité, mais ils nous donnent également la rare opportunité de faire progresser les neurosciences humaines fondamentales – pour comprendre comment le cerveau humain fonctionne au niveau des circuits de l’individu. neurones », dit-il, « et d’utiliser ces informations pour créer des neurotechnologies réparatrices de nouvelle génération ».

Rubin est également instructeur en neurologie à la Harvard Medical School. Cash est professeur agrégé de neurologie au HMS. Hochberg est maître de conférences en neurologie au HMS et professeur d’ingénierie à l’Université Brown.

Ce travail a été soutenu par le Département des anciens combattants, l’Institut national des maladies neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux, l’Institut national de la santé mentale, Conquer Paralysis Now, l’Institut MGH-Deane, l’Académie américaine de neurologie et l’Institut médical Howard Hughes à Université de Stanford.