Des chercheurs de la LMU, de l’Institut Max Planck pour le développement humain et de l’Université d’Oxford ont étudié la manière dont le sommeil affecte la mémoire. Ils ont découvert un lien entre la respiration et l’émergence de certains schémas d’activité cérébrale pendant le sommeil qui sont associés à la réactivation du contenu de la mémoire. Ces données mettent en évidence les conséquences possibles d’une mauvaise respiration sur la mémoire. Comment les souvenirs sont-ils consolidés pendant le sommeil ?
Des chercheurs dirigés par le Dr Thomas Schreiner, chef du groupe de recherche Emmy Noether junior à l’Institut de psychologie de la LMU, avaient déjà montré en 2021 qu’il existait un lien direct entre le développement de certains schémas d’activité cérébrale liés au sommeil et la réactivation du contenu de la mémoire pendant le sommeil. Toutefois, on ne savait pas encore si ces rythmes étaient orchestrés par un pacemaker central. Les chercheurs ont donc réanalysé les données en collaboration avec des scientifiques de l’Institut Max Planck pour le développement humain à Berlin et de l’Université d’Oxford. Leurs résultats ont permis d’identifier la respiration comme un pacemaker potentiel, ce qui signifie que notre respiration influence la manière dont les souvenirs sont consolidés pendant le sommeil.
Lien entre la respiration et le sommeil
Pour leur étude initiale, les chercheurs ont montré 120 images à 20 participants au cours de deux séances. Toutes les images étaient associées à des mots spécifiques. Les participants ont ensuite dormi pendant environ deux heures dans un laboratoire du sommeil. À leur réveil, ils ont été interrogés sur les associations qu’ils avaient apprises. Pendant toute la phase d’apprentissage et de sommeil, leur activité cérébrale et leur respiration ont été enregistrées à l’aide de l’EEG. Les chercheurs ont constaté que les contenus appris précédemment sont spontanément réactivés par le cerveau endormi en présence d’oscillations lentes et de fuseaux de sommeil (courtes phases d’activité cérébrale accrue). La précision du couplage de ces rythmes cérébraux liés au sommeil augmente de l’enfance à l’adolescence et diminue à nouveau avec l’âge.
Comme la fréquence respiratoire change également avec l’âge, les chercheurs ont analysé les données en relation avec la respiration enregistrée et ont pu établir un lien entre les deux : Les résultats montrent qu’il existe un lien entre la respiration et la formation des oscillations lentes et des fuseaux caractéristiques. Bien que d’autres études aient déjà établi un lien entre la respiration et la cognition pendant l’éveil, ce travail montre clairement que la respiration est également importante pour le traitement de la mémoire pendant le sommeil.
Les personnes âgées souffrent souvent de troubles du sommeil, de problèmes respiratoires et d’un déclin de la mémoire. Les chercheurs ont voulu déterminer s’il existe des liens entre ces phénomènes et si les interventions – telles que l’utilisation de masques CPAP, déjà utilisés pour traiter l’apnée du sommeil – ont un sens d’un point de vue cognitif.
Comment le sommeil renforce la mémoire
Bien que l’on sache que le sommeil joue un rôle crucial dans le renforcement de la mémoire, les scientifiques tentent encore de déchiffrer comment ce processus se produit dans le cerveau pendant la nuit. Des recherches menées par des scientifiques de l’UCLA Health et de l’université de Tel Aviv fournissent les premières preuves physiologiques provenant de l’intérieur du cerveau humain qui soutiennent la théorie scientifique dominante sur la façon dont le cerveau consolide la mémoire pendant le sommeil. En outre, les chercheurs ont constaté que la stimulation cérébrale profonde ciblée à un moment critique du cycle de sommeil semblait améliorer la consolidation de la mémoire. La nouvelle recherche fournit les premières preuves physiologiques provenant de l’intérieur du cerveau humain qui soutiennent la théorie scientifique dominante sur la façon dont le cerveau consolide la mémoire pendant le sommeil. En outre, la stimulation cérébrale profonde à un moment critique du cycle du sommeil semble améliorer la consolidation de la mémoire.
Cette recherche, publiée dans Nature Neuroscience, pourrait fournir de nouveaux indices sur la manière dont la stimulation cérébrale profonde pendant le sommeil pourrait un jour aider les patients souffrant de troubles de la mémoire tels que la maladie d’Alzheimer. Ces résultats ont été obtenus grâce à un nouveau système en « boucle fermée » qui délivre des impulsions électriques dans une région du cerveau en synchronisation précise avec l’activité cérébrale enregistrée dans une autre région. Selon la théorie dominante sur la façon dont le cerveau convertit de nouvelles informations en mémoire à long terme lorsqu’il s’endort, il y a un dialogue pendant la nuit entre l’hippocampe – le centre de la mémoire du cerveau – et le cortex cérébral, qui est associé aux fonctions cérébrales supérieures telles que la pensée et la planification.
Cela se produit pendant une période de sommeil profond, lorsque les ondes cérébrales sont particulièrement lentes et que les neurones de toutes les régions du cerveau alternent entre des tirs rapides et synchronisés et le silence. Il s’agit de la première preuve importante, au niveau des neurones individuels, de l’existence réelle de ce mécanisme d’interaction entre le centre de la mémoire et l’ensemble du cortex. Elle a une valeur scientifique à la fois pour comprendre le fonctionnement de la mémoire chez l’homme et pour utiliser ces connaissances afin de renforcer véritablement la mémoire. Les chercheurs ont eu l’occasion unique de tester cette théorie de la consolidation de la mémoire à l’aide d’électrodes implantées dans le cerveau de 18 patients épileptiques à l’UCLA Health. Les électrodes ont été implantées dans le cerveau des patients afin d’identifier la cause de leurs crises au cours de séjours à l’hôpital, qui durent généralement une dizaine de jours.
Stimulation cérébrale profonde
L’étude s’est déroulée sur deux soirées et deux matinées. Juste avant de se coucher, les participants à l’étude ont vu des paires de photos d’animaux et de 25 célébrités, y compris des stars facilement reconnaissables comme Marilyn Monroe et Jack Nicholson. Ils ont immédiatement été testés sur leur capacité à se souvenir de quelle célébrité était associée à quel animal, et ils ont été testés à nouveau le matin après une nuit de sommeil non perturbé. Une autre nuit, on leur a montré 25 nouvelles paires d’animaux et de célébrités avant qu’ils ne se couchent. Cette fois, ils ont reçu une stimulation électrique ciblée pendant la nuit et, le matin, leur capacité à se souvenir des appariements a été testée.
Pour délivrer cette stimulation électrique, les chercheurs ont mis au point un système en temps réel et en boucle fermée que Fried a comparé à un chef d’orchestre : le système « écoutait » les signaux électriques du cerveau et, lorsque les patients entraient dans la phase de sommeil profond, associée à la consolidation de la mémoire, il délivrait de légères impulsions électriques qui demandaient aux neurones à combustion rapide de « jouer » de manière synchronisée. Chaque personne testée a obtenu de meilleurs résultats aux tests de mémoire après une nuit de stimulation électrique qu’après une nuit de sommeil non perturbé. Des marqueurs électrophysiologiques clés suggèrent également que l’information circule entre l’hippocampe et l’ensemble du cortex, ce qui constitue une preuve physique de la consolidation de la mémoire. Les chercheurs ont constaté que cette autoroute, par laquelle les informations circulent vers des emplacements de stockage plus permanents dans le cerveau, pouvait être fondamentalement améliorée. Le prochain défi consistera alors à déterminer si les chercheurs seront en mesure de moduler certains souvenirs.
