Le manque de sommeil détruit silencieusement votre mémoire, et même rattraper son sommeil ne peut pas y remédier.

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Dès l’époque romaine, le rhéteur et professeur Quintilien avait constaté le lien étroit entre le sommeil et la mémoire : « C’est un fait curieux, dont la cause n’est pas évidente, que l’intervalle d’une nuit augmente considérablement la force de la mémoire… Cette période de temps, que l’on pense généralement provoquer l’oubli, renforce en réalité notre mémoire. »

Presque tous ceux qui ont déjà entendu l'activité cérébrale d'un animal pendant son sommeil n'oublieront jamais le choc de ce moment : après avoir été amplifié par un haut-parleur, les chercheurs entendent souvent un son violent et rapide de type « bang » . Certains le compareraient à « une rafale de coups de feu » ou à « un feu d’artifice », tandis que d’autres penseraient qu’il s’agit d’une explosion quelque part.

En fait, ce que les chercheurs ont entendu étaient des signaux électriques dans le cerveau, ou ondes cérébrales . Au 20e siècle, avant l’avènement de technologies d’imagerie et d’analyse de données plus avancées, les chercheurs convertissaient les signaux électriques traités en signaux audio et s’appuyaient sur le son pour surveiller l’activité cérébrale des animaux en temps réel.

Une grande partie de cette surveillance est effectuée sur des rats. Lorsqu'ils sont éveillés, le cerveau des rats émet des vibrations régulières et rythmiques lorsqu'ils explorent de nouveaux environnements. Et lorsque les rats s'endormaient, les explosions provenant des haut-parleurs réveillaient souvent les chercheurs humains endormis à cette extrémité de l'appareil.

Même si les oreilles des chercheurs n’ont plus à endurer cette torture, ces sons reflètent en réalité directement les activités du cerveau pendant le sommeil. Ce type d’onde cérébrale est appelé « ondulation aiguë ». Il s’agit d’une explosion d’ondes cérébrales intenses et à haute fréquence (souvent entre 100 et 250 Hz) émises par l’hippocampe du cerveau.

Ondulations d'ondes aiguës de différentes longueurs (Source de l'image : Matthew A. Wilson et Bruce L. Mcnaughton, 1994)

Ondulations d'ondes aiguës

Des recherches actuelles ont montré que des ondulations aiguës apparaissent dans deux situations : l’une est lorsque les humains ou les animaux sont éveillés mais dans un état détendu et inactif, en particulier lorsqu’ils se reposent tranquillement après avoir terminé une tâche , ce qui indique que le cerveau examine et traite les souvenirs liés à la tâche ; l'autre se situe dans la troisième étape du sommeil à mouvements oculaires non rapides (NERM), au cours de laquelle cette onde cérébrale joue un rôle dans le transfert des souvenirs du stockage à court terme (hippocampe) au stockage à long terme (cortex cérébral).

Plus précisément, les ondulations d'ondes aiguës sont la décharge synchrone d'un groupe de neurones dans l'hippocampe du cerveau, suivie de la décharge synchrone d'un deuxième groupe de neurones, puis du troisième groupe, du quatrième groupe... De tels signaux se propagent comme des vagues d'eau, transmettant les souvenirs acquis par l'hippocampe au cours de la journée au néocortex, les fixant comme des souvenirs à long terme.

Une expérience classique sur les rats nous permet de voir intuitivement comment les souvenirs se forment pendant le sommeil : les chercheurs ont placé les rats dans un labyrinthe avec de la nourriture placée à des endroits spécifiques en guise de récompense. Alors que les rats parcouraient le labyrinthe, nous pouvions voir différents neurones de l’hippocampe s’activer en séquence, comme s’ils formaient une carte dans le cerveau. Après que les rats se soient endormis, les chercheurs ont été surpris de constater que pendant la phase de sommeil à ondes lentes des rats (qui fait partie du NERM), ces neurones du cerveau s'activaient à plusieurs reprises dans le même ordre , mais à une vitesse 10 à 20 fois supérieure à celle de la journée, comme si les expériences de la journée étaient rejouées dans le cerveau à une vitesse accélérée. Ces activités neuronales de « relecture à double vitesse » constituent des ondulations d’ondes aiguës.

Source de l'image : Global Science, numéro d'avril 2024

Par la suite, de plus en plus d’études ont démontré l’importance des ondulations aiguës dans la formation de la mémoire. Lorsque les chercheurs ont interféré avec la formation d’ondulations d’ondes aiguës, les rats ont eu beaucoup de mal à se souvenir de leurs choix précédents. Prolonger artificiellement la durée des ondulations aiguës pendant le sommeil améliorera considérablement les performances des rats dans la même tâche de mémoire.

« Les recherches sur les ondulations des ondes aiguës menées à ce jour ont pleinement démontré l'importance de ces ondulations pendant le sommeil. Nous sommes donc naturellement curieux de savoir comment le manque de sommeil affecte les ondulations des ondes aiguës », a déclaré Kamran Diba, chercheur au laboratoire des circuits neuronaux et de la mémoire de l'Université du Michigan.

Récemment, une étude publiée dans Nature par Diba et ses collaborateurs a montré que le manque de sommeil réduit la qualité des ondes aiguës, inhibant ainsi le processus de « relecture » de la mémoire dans le cerveau. Plus important encore, cette perte est difficile à récupérer même si vous rattrapez le sommeil.

Kamran Diba (Crédit photo : Kamran Diba)

La « période fenêtre » de la mémoire

Cette expérience tourne toujours autour des activités des rats dans le labyrinthe . Sur une période de plusieurs semaines, Diba et ses collègues ont enregistré les explorations d'un labyrinthe par sept rats et l'activité dans leurs hippocampes. Après avoir parcouru le labyrinthe, certains rats ont pu dormir jusqu'à neuf heures de manière naturelle.

De plus, comme tous les chercheurs malveillants, l’équipe a « légèrement » perturbé le sommeil d’autres rats, réduisant leur temps de sommeil de 5 heures et surveillant les changements dans les ondulations aiguës de leur cerveau.

« À notre grande surprise, la fréquence des ondulations aiguës était encore plus élevée pendant la privation de sommeil que pendant le sommeil profond », a déclaré Diba. Les souris qui ont été réveillées à plusieurs reprises ont eu des ondulations aiguës similaires, voire plus fréquentes, que celles qui ont dormi normalement. Cela ne signifie cependant pas que leur mémoire est devenue plus forte.

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En fait, l’équipe a constaté que l’intensité des décharges neuronales chez les rats privés de sommeil s’affaiblissait, ce qui faisait que les ondulations aiguës devenaient moins intenses et plus chaotiques. Plus important encore, les neurones de ces rats répétaient moins fréquemment leurs schémas d’activation diurnes . En d’autres termes, le manque de sommeil affecte la qualité des ondulations aiguës, et la qualité est la clé pour transformer les souvenirs à court terme stockés dans l’hippocampe en souvenirs à long terme.

Les chercheurs ont également constaté que même le fait de rattraper le sommeil après un manque de sommeil ne pouvait pas compenser la perte de mémoire. Après que les chercheurs ont permis au groupe privé de sommeil de retrouver un sommeil normal pendant 2 jours, ils ont observé que la qualité des ondulations aiguës s'était rétablie, mais il était difficile d'atteindre la qualité des rats qui avaient maintenu un sommeil normal .

Il semble qu'après avoir manqué la « période fenêtre » de formation de la mémoire en raison d'un manque de sommeil, la compenser par le sommeil ne peut pas restaurer la perte de mémoire pendant cette période, ni même restaurer immédiatement la capacité de convertir la mémoire à court terme en mémoire à long terme. « Ceci est remarquable car, bien que la plupart des marqueurs de la santé et du fonctionnement du cerveau, y compris la signalisation des protéines et la transcription des gènes, reviennent à des niveaux normaux après un sommeil adéquat, la mémoire altérée par le manque de sommeil n'est généralement pas restaurée », ont écrit les chercheurs dans leur article.

Effets complexes

À mesure que notre compréhension des ondulations aiguës s’approfondit, les scientifiques réalisent progressivement qu’elles jouent en réalité un rôle très complexe dans le processus de formation de la mémoire. Une étude publiée dans Science en mars a comparé la fréquence des ondulations aiguës chez les rats après avoir effectué une tâche ou rencontré un événement et pendant leur sommeil. Il a été constaté que les ondulations aiguës qui se produisaient plus fréquemment pendant l’état de veille se reproduisaient également plus fréquemment pendant le sommeil. Cela suggère que les ondulations aiguës des ondes agissent comme des étiquettes, filtrant nos expériences diurnes et décidant lesquelles entrent dans notre banque de mémoire à long terme.

« Cette découverte est cohérente avec nos conclusions », a déclaré Diba, « et également cohérente avec une autre étude que nous avons publiée dans Nature en mai. » Dans cette étude, l'équipe de recherche a découvert que les ondulations aiguës des ondes non seulement rejouent les informations de la journée, mais « prédisent » également les activités du lendemain. « Par conséquent, le manque de sommeil peut également altérer la capacité du cerveau à répondre de manière optimale aux expériences futures », a déclaré Diba.

Enfin, les chercheurs proposent quelques conseils sur la mémoire :

Q : Est-il donc toujours utile de veiller tard pour étudier avant un examen ?

R : Si vous bachotez à la dernière minute et dormez un peu après avoir révisé, cela pourrait également vous aider. Mais ce qui était vulnérable, c’était l’information apprise plus tôt dans la journée. (À mesure que la pression du sommeil s’aggrave,) la capacité du cerveau à mettre en mémoire tampon ces informations et à les conserver jusqu’à ce que vous vous endormiez devient de plus en plus limitée.

Références

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07538-2

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07397-x

[3]https://www.nature.com/articles/d41586-024-01732-y

[4]https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk8261

[5]https://www.nature.com/articles/nn.2384

[6]https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(02)01096-6

[7]https://www.science.org/doi/10.1126/science.8036517

[8]https://www.quantamagazine.org/in-brains-electrical-ripples-markers-for-memories-appear-20190806/

[9]https://news.rice.edu/news/2024/brain-rest-neurons-rehearse-future-experience

Planification et production

Source : Global Science (ID : huanqiukexue)

Auteur : Erqi

Rédacteur en chef : He Tong

Relu par Xu Lai et Lin Lin

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