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D’après de nouvelles recherches, le cerveau apprend pendant le sommeil

par Eva Voinigescu Nouvelles Cerveau, esprit et conscience 13.09.2017

Des scientifiques à l’École Normale Supérieure de Paris ont démontré que le cerveau peut apprendre et créer de nouveaux souvenirs pendant le sommeil. Ces résultats nous éclairent sur les fonctions du cerveau pendant le sommeil et rapprochent les chercheurs d’une meilleure compréhension du rôle du sommeil dans la création de souvenirs.

Cette étude rédigée par Sid Kouider, boursier principal au sein du programme Cerveau, esprit et conscience Azrieli de l’ICRA, a été publiée le mois dernier dans la revue Nature Communications. Elle a permis de découvrir que selon le stade du sommeil, le cerveau facilite ou supprime la création de nouveaux souvenirs.

« Le cerveau pendant le sommeil est beaucoup plus actif que ce que l’on croyait. Et cette activité ne concerne pas seulement des mécanismes internes, comme la plasticité neuronale ou la consolidation de la mémoire. Le cerveau peut aussi être actif dans la façon dont il traite l’information du monde extérieur », explique Kouider.

Avec son équipe, il a utilisé l’EEG (électroencéphalographie) et un test de rappel avec bruit blanc pour voir si vingt bénévoles pouvaient apprendre et créer de nouveaux souvenirs de sons auxquels ils étaient exposés pendant leur sommeil.

« Le cerveau pendant le sommeil est beaucoup plus actif que ce que l’on croyait.»

Avant de s’endormir, les bénévoles ont écouté du bruit blanc aléatoire. Dans ce bruit blanc, les chercheurs ont intégré un plus court clip de bruit blanc distinctif cinq fois. Dans ce test en état d’éveil, les sujets doivent entendre ces motifs de cinq clips répétitifs environ vingt fois pour que le cortex auditif s’adapte et puisse les distinguer du bruit blanc de fond.

Pour mesurer si un cerveau endormi peut apprendre de la même façon, l’équipe de Kouider a aussi mené un test avec bruit blanc (avec de nouveaux clips répétitifs) pendant le sommeil de bénévoles. Au réveil, le lendemain matin, les bénévoles ont pu immédiatement distinguer le bruit répétitif qu’on leur avait fait écouter pendant la nuit du bruit blanc de fond, au moins quand le bruit répétitif avait été joué pendant le sommeil paradoxal et le sommeil lent léger.

Ce type d’apprentissage, appelé apprentissage perceptuel, est une forme fondamentale d’apprentissage qui met principalement en jeu le cortex sensoriel; de plus, il n’est pas nécessaire que de multiples régions corticales travaillent ensemble pour intégrer l’information. Selon Kouider, la plupart des études antérieures qui ont tenté d’induire l’apprentissage pendant le sommeil ont peut-être échoué, car elles ont essayé de cibler l’apprentissage à un niveau trop élevé. Toutefois, des études antérieures réalisées dans son laboratoire avaient démontré que l’apprentissage perceptuel simple se produit inconsciemment sans que le sujet ait à prêter attention ou à être conscient de la stimulation. Ce résultat avait donné l’idée à son équipe que le phénomène pourrait se produire pendant le sommeil.  

Toutefois, lorsque les chercheurs ont fait jouer les motifs aux bénévoles pendant le sommeil lent léger, ils ne s’attendaient pas à ce que les bénévoles soient moins bons pour reconnaître les motifs le matin suivant que s’ils avaient été exposés à un motif complètement nouveau.

Les recherches n’ont pas exploré cette question, mais Kouider croit que c’est peut-être parce que pendant le sommeil lent profond, le cerveau consolide les souvenirs de la journée ou élague les connexions inutiles et, ce faisant, supprime activement les intrants issus de l’environnement externe qui pourraient interférer avec ces processus.  

De plus, des mesures d’EEG réalisées pendant l’expérience ont aussi démontré des marqueurs neuronaux de cet apprentissage pendant le sommeil lent léger et le sommeil paradoxal. Pendant le sommeil lent profond, les ondes lentes qui caractérisent ce stade étaient en corrélation avec la difficulté qu’avaient les bénévoles à apprendre de nouveaux motifs auditifs une fois réveillés. Plus les ondes étaient lentes pendant le sommeil lent profond, plus il était difficile pour les bénévoles de distinguer, le matin suivant, les motifs de bruit blanc auxquels ils avaient été exposés pendant ce stade du sommeil. Ce résultat a permis aux chercheurs d’établir un lien clair entre les ondes lentes et l’effet suppresseur sur l’apprentissage.

Les gens croyaient jadis que le cerveau s’éteignait pendant le sommeil.

Les gens croyaient jadis que le cerveau s’éteignait pendant le sommeil. Au cours des vingt dernières années, les chercheurs ont démontré que cela n’est pas le cas. En fait, le cerveau s’affaire très activement à consolider les souvenirs acquis pendant la journée. Pourtant, la pensée dominante qui demeure veut que les humains dorment pour éviter toute interférence provenant de l’environnement. Avec ces résultats, Kouider et son équipe démontrent que le portrait est plus compliqué.

« C’est probablement vrai que pendant le sommeil profond vous essayez d’éviter toute interférence émanant de l’environnement, mais pendant les autres stades du sommeil vous continuez à suivre l’information », dit-il. « C’est très important, car s’il arrive quelque chose vous voulez être en mesure de vous réveiller extrêmement rapidement. Et comme vous pouvez suivre des stimulations auditives dans l’environnement, vous pouvez aussi vous y adapter. Si vous pouvez entendre, vous pouvez apprendre. »

Cette conscience de l’environnement qui nous entoure dans les stades de sommeil plus léger est en quelque un « mode de veille » que Kouider et son laboratoire exploreront dans un article à venir. En outre, ils examinent de plus près le lien entre la consolidation de la mémoire et l’apprentissage pendant le sommeil pour voir si ces processus utilisent les mêmes mécanismes et s’ils peuvent se produire simultanément.

Kouider travaille aussi avec Adrian Owen, un autre boursier du programme Cerveau, esprit et conscience Azrieli de l’ICRA (Owen est le codirecteur du programme et boursier Koerner à l’ICRA) pour comparer comment le cerveau réagit à l’environnement externe pendant le sommeil par rapport à un patient dans un état végétatif. Ils vont mener ces recherches en partie grâce à une subvention du Fonds catalyseur de l’ICRA.  

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