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Posté par Isabelle le Mardi 07/04/2015 à 12:00
Peut-on créer de nouveaux souvenirs pendant le sommeil ?
L’équipe de Karim Benchenane du Laboratoire Plasticité du cerveau à l’ESPCI, associée à des chercheurs du laboratoire Neuroscience à l’Institut de biologie Paris-Seine, a réussi à créer artificiellement, à l’aide d’une interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître...) cerveau-machine, un souvenir de lieu pendant le sommeil (Le sommeil est un état naturel récurrent de perte de conscience (mais sans perte de la réception sensitive) du monde extérieur, accompagnée d'une diminution progressive du...) chez la souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi...). Cette étude publiée dans la revue Nature Neuroscience démontre ainsi le rôle causal des cellules de lieu de l’hippocampe dans l’établissement d’une carte cognitive de l’environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine....), et leur rôle dans la consolidation de la mémoire pendant le sommeil.

L’hippocampe est une structure cérébrale cruciale pour la mémoire et la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) spatiale, chez l’homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un...) comme chez l’animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de...). En effet, des lésions de l’hippocampe entrainent une amnésie antérograde, c’est à dire l’incapacité de former de nouveaux souvenirs. De plus, ces études de lésions ont pu montrer qu’il existait deux types de mémoire: la mémoire dite déclarative ou explicite, qui peut être communiquée par des mots, et la mémoire procédurale, qui concerne notamment des apprentissages moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...), ou encore les conditionnements simples. Chez le rongeur, la mémoire spatiale, dont les facultés sont altérées par des lésions de l’hippocampe, est alors considérée comme une mémoire de type explicite, notamment lorsqu’elle est utilisée dans la mise en place d’un comportement dirigé vers un but.

De manière intéressante, l’activité de certains neurones de l’hippocampe est corrélée à la position de l’animal dans un environnement: on parle de cellules de lieu. Ce corrélât est si fort que l’on peut déduire la position de l’animal uniquement par l’analyse de l’activité de ces cellules de lieu, ce qui suggère que l’animal pourrait se servir de ces neurones particuliers comme carte mentale lors de la navigation. La découverte de ces cellules de lieu, ainsi que l’établissement de la théorie de la carte cognitive, a valu au neurobiologiste John O’Keefe l’attribution du prix Nobel de médecine 2014. Cependant, même si cette théorie était unanimement acceptée, elle ne reposait que sur des corrélations et il n’y avait jusqu’alors pas de preuve directe d’un lien de causalité entre la décharge des cellules de lieu et la représentation mentale de l’espace.


Figure: Création d’un faux souvenir pendant le sommeil chez une souris. 1) Identification d’une cellule de lieu déchargeant dans le bas de l’environnement. 2) Exploration spontanée d’une souris (en gris) montrant l’occurrence des potentiels d’action de la cellule de lieu (en vert). 3) Pendant le sommeil, l’activité de la cellule de lieu déclenche automatiquement des stimulations récompensantes (FPM: faisceau prosencéphalique médian). 4) Au réveil la souris se dirige vers le champs de lieu du neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de « neurone » fut introduit dans...) et y reste, espérant y retrouver une récompense.
© Marie Lacroix / Gaetan de Lavilléo / K. Benchenane

L’activité de ces cellules pourrait également expliquer le rôle bénéfique du sommeil dans la mémoire. En 1989, le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche...) Gyuri Buzsaki a proposé que ce rôle bénéfique pourrait reposer sur les réactivations neuronales survenant pendant le sommeil. En effet pendant le sommeil, les cellules de lieu rejouent l’activité enregistrée pendant l’éveil, comme si la souris parcourait à nouveau mentalement l’environnement afin d’en renforcer son apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes ou de valeurs culturelles, par l'observation,...). A nouveau, cette théorie, bien qu’étayée par un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) important de résultats concordants, n’avait pas pu être démontrée directement.

L’équipe de Karim Benchenane au Laboratoire Plasticité du Cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité...) à l’ESPCI, a utilisé une interface cerveau-machine pour associer pendant le sommeil les réactivations spontanées d’une cellule de lieu unique à une stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la...) dans les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) dopaminergiques du circuit de la récompense, appelé faisceau médian prosencéphalique. Au réveil, la souris se dirigeait directement vers le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de lieu de la cellule de lieu associée aux stimulations, comme pour y rechercher une récompense, alors qu’aucune récompense n’y avait jamais été présentée. La souris avait donc consolidé un nouveau souvenir pendant son sommeil, celui de l’association de ce lieu à une sensation de plaisir.

Dans cette expérience, l’activité de la cellule de lieu était décorrélée de la position de la souris puisque celle-ci était endormie dans sa cage. L’association entre l’activité du neurone et de la stimulation récompensante entraine au réveil de la souris une association lieu-récompense. Cette étude apporte donc une preuve du lien causal entre l’activité d’une cellule de lieu et la représentation mentale de l’espace. Enfin, elle montre que les réactivations des cellules de lieu pendant le sommeil portent bien la même information spatiale que pendant l’éveil, confirmant ainsi le rôle des réactivations neuronales dans la consolidation de la mémoire.

Cette étude démontre enfin qu’il est possible de créer une mémoire complexe, ou explicite, durant le sommeil, allant bien au delà des précédentes études montrant que des conditionnements simples pouvaient être réalisés pendant le sommeil. Ces recherches pourraient permettre le développement de nouvelles thérapies du stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des...) post-traumatique en utilisant le sommeil pour effacer l’association pathologique.

Ces travaux ont bénéficié du soutien du programme ATIP du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et du programme Emergence de la Ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de 200 m...) de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de...), ainsi que du support de l’ESPCI ParisTech.

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Source: CNRS
 
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