Marie Lacroix #1 : Quels liens entre sommeil et mémoire ?

Il y a un mois, suite à ma vidéo vous avez été nombreux à me poser vos questions ! Cette semaine j’y répond dans une série de trois articles.

Aujourd’hui j’aimerais vous parler des liens entre le sommeil et la mémoire. Voici quelques unes de vos questions sur le sujet…
Concernant les liens entre sommeil et consolidation de la mémoire, quel stade du sommeil est concerné exactement ? (paradoxal, léger, profond ?)
Est ce que c’est grâce aux rêves qu’on apprend des choses en dormant ?
Est-ce que c’est uniquement pendant le rêve qu’on apprend ?
Est-ce qu’il y aurait des exercices pour améliorer la qualité de son sommeil et sa mémoire durant cette phase ?

Voici donc sans plus tarder quelques éléments de réponses !

 

Quelles sont les phases du sommeil ?

Le sommeil est composé de différents stades ou phases, au nombre de 4 selon la dernière classification :

  • le sommeil léger (N1)
  • le sommeil intermédiaire (N2)
  • le sommeil lent profond (N3)
  • et le sommeil paradoxal également appelé REM (pour Rapid Eye Movements).

Le sommeil paradoxal est particulièrement riche en rêves complexes et inventifs ; il est possible de rêver également dans les autres stades mais c’est plus rare ! En moyenne, si l’on réveille des personnes durant le REM, elles rapporteront avoir rêvé 80% des fois, contre seulement 10% si on les réveille durant les autres stades.

Cette figure est un hypnogramme, c’est à dire la représentation des différents stades de sommeil par lesquels passe un individu au cours d’une nuit. Il a été déterminé grâce à des mesures d’ondes cérébrales enregistrées par EEG (électro-encéphalogramme), de mouvements des yeux enregistrés par EOG (électro-oculogramme) et de tonus musculaire enregistré par EMG (électromyogramme).
Cette figure est un hypnogramme, c’est à dire la représentation des différents stades de sommeil par lesquels passe un individu au cours d’une nuit. Il a été déterminé grâce à des mesures d’ondes cérébrales enregistrées par EEG (électro-encéphalogramme), de mouvements des yeux enregistrés par EOG (électro-oculogramme) et de tonus musculaire enregistré par EMG (électromyogramme).

 

Dans quelles phases du sommeil se joue la mémorisation ?

La consolidation de la mémoire est un ensemble de processus qui modifient le souvenir qui vient d’être acquis dans la journée et qui est encore fragile. L’objectif est qu’il puisse être stocké à long terme dans notre mémoire.

 

Alors, à quelle phases du sommeil a lieu la consolidation de la mémoire ?

Potentiellement, tout le temps : même de courtes siestes en sommeil léger semblent favoriser cette consolidation (on en reparle demain dans un article sur la sieste !).

La communauté scientifique continue de batailler pour défendre l’importance d’un stade plutôt qu’un autre, ou encore l’importance de l’alternance entre sommeil lent et REM. Les premières découvertes sur le sujet tendaient à montrer que selon le type d’apprentissage, déclaratif ou non-déclaratif, les stades de sommeil impliqués dans la consolidation étaient différents. Pour les mémoires déclaratives, le sommeil lent semblait être essentiel, alors que les mémoires non-déclaratives semblaient davantage dépendre du REM. Aujourd’hui, de nombreux  contre-exemples ont poussé la communauté à ne pas s’attacher à cette dichotomie, mais plutôt de privilégier l’importance combinée de ces différents stades de sommeil. Donc faire de vraies bonnes nuits de sommeil pour pouvoir passer par ces différents stades semblent être le meilleur moyen de permettre une bonne consolidation de la mémoire.

 

Comment notre cerveau trie-t-il nos souvenirs ?

Durant le sommeil, notre cerveau fait un “tri” des souvenirs, et choisit ceux qui seront conservés et ceux qui seront oubliés. Cela correspond en fait à la théorie de l’homéostasie synaptique. Durant l’éveil, l’activité cérébrale bat son plein et les connexions entre les neurones (les synapses) se voient majoritairement renforcées selon les expériences vécues.

À la fin de la journée, les réseaux de neurones se trouvent dans un état proche de la saturation. Le sommeil viendrait alors rétablir un équilibre (d’où le terme homéostasie) en diminuant globalement l’activité des synapses tout en laissant intactes les relations entre les neurones.

Ce sont les oscillations lentes, principalement présentes durant le stade de sommeil profond (N3), qui seraient le moteur de ce phénomène. Ainsi, en sortant d’un sommeil profond, vous aurez le cerveau bien frais pour de nouveaux apprentissages, mais les souvenirs qui ont laissé une trace trop faible dans le réseau de neurones auront disparus.

Mais alors qu’est ce qu’une trace trop faible ? Quels facteurs favorisent le maintien des souvenirs ?

Cette question est loin d’être résolue !

 

Certains  éléments de réponses nous viennent des sciences de l’apprentissage. Pour bien apprendre, certains éléments sont essentiels :

      L’attention : être concentré permet d’allouer toutes ses ressources mentales sur l’objet en question. L’état de vigilance en lien avec la concentration va également favoriser l’apprentissage. Pour cela il faut un niveau équilibré d’une hormone appelée noradrénaline : ni trop (stress), ni trop peu (endormi).

      Le feedback : savoir que l’on a raison (ça fait plaisir) ou que l’on a tort (arf, je dois éviter cette erreur), est essentiel pour pouvoir progresser. Il faut donc sans arrêt se tester. Le système de récompense impliquant le circuit dopaminergique dans le cerveau, ainsi que le système aversif (ce que l’on souhaite éviter) impliquant une autre structure cérébrale appelée l’amygdale sont essentiels dans ce processus.

      L’engagement : trouver un réel intérêt à ce que l’on fait, prendre du plaisir dans l’apprentissage, c’est un facteur déterminant. Encore une fois, c’est le système de la récompense qui serait impliqué.

      La répétition et le spacing : “c’est en forgeant qu’on devient forgeron” n’est pas juste une maxime populaire ! C’est bien à force de répétitions qu’un apprentissage s’ancre dans notre mémoire. Il faut apprendre et réapprendre, en laissant du temps entre chaque répétition, pour qu’un apprentissage soit efficace.

      Un bon niveau de difficulté : lorsqu’on débute une formation, beaucoup de concepts sont à intégrer et on peut vite se sentir submergé par la quantité d’informations. Plus on apprend, plus les premiers concepts sont faciles à traiter, ce qui permet de rajouter de nouvelles informations à celles qui sont pré-existantes : chaque chose en son temps donc !

 

Tous ces principes peuvent nous aiguiller sur ce qui se passe durant le sommeil. Les circuits de la récompense et de l’aversion vont accroître la force des synapses durant l’apprentissage éveillé,  empêchant ainsi à ces connexions de disparaître lors du tri. Il en est de même pour la concentration et les répétitions.

 

Schéma des régions cérébrales impliquées dans la récompense (rouge) et l’évitement (vert). La communication entre le cortex préfrontal (bleu), impliqué dans bon nombre de fonctions cérébrales complexes comme l’attention ou la mémoire de travail. Le circuit dopaminergique est indiqué par les flèches.
Schéma des régions cérébrales impliquées dans la récompense (rouge) et l’évitement (vert). La communication entre le cortex préfrontal (bleu), impliqué dans bon nombre de fonctions cérébrales complexes comme l’attention ou la mémoire de travail. Le circuit dopaminergique est indiqué par les flèches.

 

Comment notre cerveau rejoue-t-il nos souvenirs pour les consolider dans notre sommeil ?

La deuxième théorie expliquant le rôle bénéfique du sommeil sur la mémoire, et qui n’est pas incompatible avec la théorie de l’homéostasie synaptique, est appelée le « modèle en 2 étapes ».

Elle a d’abord été observée chez l’animal, en particulier chez les rongeurs qui sont dotés d’une mémoire spatiale très développée. Lorsqu’un rat se déplace dans un labyrinthe, certains neurones de l’hippocampe (une structure cérébrale impliquée dans la mémoire spatiale) s’activent en fonction de sa position. Un peu comme si ces neurones représentaient sa position telle une carte mentale : on appelle ces neurones des cellules de lieu. Lorsque l’animal effectue une trajectoire, les neurones s’activent en séquence (une combinaison de cellules de lieu pour chaque endroit). Durant le sommeil, ces mêmes neurones se réactivent, en conservant les séquences présentes durant l’éveil, comme si l’animal rejouait mentalement les trajectoires, aidant ainsi à consolider sa mémoire de l’espace.

Depuis, le principe des réactivations neuronales a été retrouvé chez l’homme grâce à l’IRM fonctionnelle cérébrale : l’activité cérébrale en lien avec l’apprentissage se répète durant le sommeil.

Schéma représentant la position de l’hippocampe dans le cerveau chez l’homme et la souris (vue de trois-quart).
Schéma représentant la position de l’hippocampe dans le cerveau chez l’homme et la souris (vue de trois-quart).

 

Schéma explicatif du modèle en 2 étapes. Lorsque l’animal se déplace les neurones 1, 2 ,3 et 4 de l’hippocampe s’activent dans ce même ordre. Durant le sommeil qui suit, ces neurones s’activent de nouveau en conservant la séquence comme pour consolider par la répétition la trajectoire apprise.
Schéma explicatif du modèle en 2 étapes. Lorsque l’animal se déplace les neurones 1, 2 ,3 et 4 de l’hippocampe s’activent dans ce même ordre. Durant le sommeil qui suit, ces neurones s’activent de nouveau en conservant la séquence comme pour consolider par la répétition la trajectoire apprise.

 

Quels sont donc les facteurs qui favorisent ces réactivations neuronales ?

Encore une fois, un début de réponse nous vient des études chez l’animal. Il semblerait que le circuit de la récompense soit également impliqué dans ce processus : durant un apprentissage spatial, la présence accrue de dopamine entraînerait une augmentation des réactivations dans le sommeil suivant, comme si la dopamine permettait de mettre une étiquette « à réactiver » sur les neurones concernés.

 

Marie Lacroix

Edition

Alexandre Devaux et Judith Lenglet

 

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