Un autre domaine qui a fait l’objet de nombreuses recherches est la relation entre le sommeil et l’apprentissage ou la formation de la mémoire. Les scientifiques savent avec certitude que le sommeil est crucial pour l’apprentissage – mais quel stade du sommeil est le plus important ?
L’apprentissage se produit-il au cours de la phase légère du sommeil paradoxal ou de la phase profonde du sommeil non paradoxal ? Comment les neurones dans différentes zones du cerveau se coordonnent-ils à travers les stades de sommeil pour faciliter l’apprentissage et la consolidation de la mémoire ?
Deux études dont Medical News Today a fait état aident à faire la lumière sur ces questions.
Le sommeil aide le cerveau à apprendre et à rester flexible
Dans la première étude, les expérimentateurs ont trafiqué le stade de sommeil profond, non REM, des participants à l’étude après leur avoir demandé d’apprendre un nouvel ensemble de mouvements. Les scientifiques ont surveillé l’activité cérébrale des participants – leur cortex moteur, en particulier – tout au long de l’étude.
L’équipe – dirigée par des scientifiques basés en Suisse – a constaté qu’un sommeil profond agité entraînait une efficacité d’apprentissage visiblement réduite. Les chercheurs ont expliqué que leurs résultats reposaient sur les synapses du cerveau et leur rôle dans l’apprentissage.
Les synapses sont des connexions microscopiques entre les neurones qui, avec des substances chimiques du cerveau, ou neurotransmetteurs, facilitent le passage des impulsions électriques d’un neurone à l’autre. Pendant la journée, les synapses s’activent en réponse aux stimuli que le cerveau reçoit de l’environnement.
Mais pendant le sommeil, l’activité de ces synapses revient à la normale. Sans cette période réparatrice, elles restent trop longtemps excitées à leur pic d’activité.
Cela interfère avec la neuroplasticité du cerveau, c’est-à-dire sa capacité à se recâbler et à créer de nouvelles connexions entre les neurones. La neuroplasticité permet au cerveau de » capter » de nouvelles compétences, de changer et de s’adapter aux stimuli de son environnement, et finalement d’apprendre de nouvelles choses.
Nicole Wenderoth, professeur au département des sciences et technologies de la santé de l’ETH Zurich, et coauteur principal explique ce qui s’est passé dans leur nouvelle étude.
« Dans la région du cerveau fortement excitée, l’efficacité de l’apprentissage était saturée et ne pouvait plus être modifiée, ce qui inhibait l’apprentissage des compétences motrices. »
À la connaissance des auteurs, c’est la première étude qui a montré une relation de cause à effet entre la phase profonde du sommeil et l’efficacité de l’apprentissage. « Nous avons développé une méthode qui nous permet de réduire la profondeur du sommeil dans une certaine partie du cerveau et donc de prouver le lien de causalité entre le sommeil profond et l’efficacité de l’apprentissage », explique le professeur Reto Huber, coauteur de l’étude.
Le sommeil nous aide aussi à désapprendre
La deuxième étude dont MNT a fait état s’est intéressée à différents stades de sommeil. Cependant, cette recherche a montré que le sommeil ne permet pas seulement au cerveau d’apprendre de nouvelles choses, mais aussi de désapprendre.
L’étude originale de 2017 impliquait une tâche d’apprentissage auditif. Les chercheurs ont joué des séquences sonores pendant que les participants étaient endormis et éveillés.
Ils ont surveillé l’activité électrique cérébrale des volontaires à l’aide d’un électroencéphalogramme (EEG).
Les EEG ont également capturé les fuseaux de sommeil qui se produisaient lorsque le cerveau endormi apprenait de nouveaux sons. Les fuseaux de sommeil sont des pics d’activité cérébrale oscillatoire que des recherches antérieures ont associés à l’apprentissage et à la consolidation de la mémoire.
Après chaque session de sommeil, les expérimentateurs ont demandé aux participants de réécouter les séquences sonores et de les reconnaître. Ils ont évalué leurs performances d’apprentissage par des tests.
À l’aide des relevés EEG, les scientifiques ont examiné trois phases de sommeil : Le sommeil paradoxal, le sommeil léger non paradoxal et le sommeil profond non paradoxal.
Lorsqu’ils étaient exposés aux sons pendant le sommeil paradoxal ou pendant le sommeil léger non paradoxal, les participants étaient plus aptes à les reconnaître lorsqu’ils étaient éveillés. Mais, lorsqu’ils étaient exposés aux nouveaux sons pendant le sommeil non-REM profond, ils avaient plus de mal à reconnaître la séquence sonore pendant l’éveil.
De plus, alors que « les marqueurs EEG de l’apprentissage étaient facilement observés dans le sommeil léger, ils étaient nettement absents dans le sommeil profond », rapportent les scientifiques.
En outre, et c’est important, non seulement les participants avaient du mal à reconnaître les sons que les chercheurs leur avaient fait écouter dans leur sommeil profond non-REM, mais ils avaient également plus de mal à (ré)apprendre ces sons, par rapport à des sons entièrement nouveaux.
Ces résultats suggèrent que le sommeil profond non-REM ne sert pas tant à apprendre de nouvelles choses qu’à supprimer des informations.
» La plus grande surprise est venue de la capacité du cerveau à désapprendre. Ainsi, il semble que pendant le sommeil, nous pouvons soit former de nouveaux souvenirs, apprendre, soit faire l’inverse : supprimer des souvenirs et désapprendre. »
– Thomas Andrillon, premier auteur de l’étude
Ils ajoutent également aux preuves que le sommeil profond aide à maintenir la neuroplasticité. Plus précisément, le sommeil léger non-REM (stade 2) peut contribuer à exciter les synapses, tandis que le sommeil profond non-REM peut les aider à se détendre, ou à » descendre en gamme « .
» Un tel contraste entre le sommeil léger et le sommeil profond est cohérent avec une distinction qualitative entre ces deux stades de sommeil en relation avec la plasticité neuronale « , écrivent les auteurs. « Selon cette vision, le sommeil léger favorise la potentialisation synaptique, tandis que le sommeil profond favorise la réduction synaptique. »
« Nous ne suggérons aucun rôle fonctionnel pour l’effet suppressif des informations présentées pendant le sommeil », ajoutent-ils. « Il semble plutôt être un sous-produit inévitable de la réduction synaptique nécessaire à des fins homéostatiques. »
En d’autres termes, le sommeil profond peut nous aider à désapprendre ou à oublier parce que l’oubli est un sous-produit naturel de la préservation de la neuroplasticité ; l’oubli est un sous-produit de notre capacité à apprendre.
Unification des théories du sommeil
Andrillon et ses collègues ont également expliqué que leurs résultats sont importants car ils aident à unifier deux écoles de pensée auparavant contradictoires. L’une considère que la fonction principale du sommeil est l’apprentissage et la consolidation de nouvelles informations. L’autre le voit comme l’élimination des informations inutiles afin de ne pas submerger le cerveau.
A mesure que les scientifiques recueillent de plus en plus de preuves neuroscientifiques sur le fonctionnement du sommeil, il devient évident que, dans l’ensemble, de telles divisions et dichotomies ne sont peut-être pas la façon la plus utile de considérer le sommeil ou le rôle que le sommeil joue dans l’apprentissage.
Par exemple, une étude publiée pas plus tard que le mois dernier montre que le sommeil paradoxal et le sommeil non paradoxal fonctionnent ensemble pour stimuler l’apprentissage.
À savoir que le sommeil non-REM booste les performances des compétences nouvellement acquises en restaurant la flexibilité et la neuroplasticité, tandis que le sommeil paradoxal stabilise ces améliorations et empêche les nouveaux apprentissages de les effacer.
La nouvelle recherche est partie de la même hypothèse que les études ci-dessus semblent mettre en évidence – à savoir que le sommeil doit renforcer les synapses et les connexions neuronales créées pendant la journée (pour solidifier les nouvelles connaissances et empêcher qu’elles soient écrasées par de nouvelles informations). Cependant, il doit aussi » downscaler « , c’est-à-dire détendre ou affaiblir, les synapses pour préserver leur flexibilité et la neuroplasticité du cerveau.
Cette étude – dirigée par Masako Tamaki, du département des sciences cognitives, linguistiques et psychologiques de l’université Brown à Providence, RI – portait sur une tâche d’apprentissage visuel. Les chercheurs ont assigné à un groupe de participants deux tâches différentes, l’une avant le sommeil et l’autre après. L’autre groupe n’a reçu aucune tâche d’apprentissage.
Les scientifiques ont utilisé des scanners IRM et des électrodes qu’ils ont appliquées sur la tête et les paupières des participants. Ils ont également utilisé la spectroscopie par résonance magnétique pour mesurer les deux substances chimiques du cerveau impliquées dans la plasticité neuronale (ou flexibilité des synapses) et la stabilisation.
Tamaki et son équipe ont constaté que la neuroplasticité augmentait pendant le sommeil non-REM. Cela avait des associations avec un meilleur apprentissage et une meilleure performance des tâches après le sommeil.
Pendant le sommeil paradoxal, la plasticité neuronale des participants a chuté, ce qui est corrélé avec la stabilisation de ce qu’ils avaient appris. Les chercheurs émettent l’hypothèse que le sommeil paradoxal permet d’éviter que l’apprentissage effectué avant le sommeil ne soit écrasé par un apprentissage ultérieur.
Contrairement au sommeil non-REM, les chercheurs n’ont constaté la chute brutale de la plasticité pendant le sommeil paradoxal que chez les volontaires ayant une tâche à apprendre.
Selon les chercheurs : « La a augmenté pendant le sommeil NREM indépendamment de l’existence d’un apprentissage pré-sommeil, mais elle était associée à des gains de performance post-sommeil par rapport à la performance pré-sommeil. En revanche, le a diminué pendant le sommeil paradoxal, mais seulement après l’entraînement pré-sommeil, et cette diminution était associée à la stabilisation de l’apprentissage pré-sommeil. »
« Ces résultats indiquent que le sommeil NREM favorise la plasticité, conduisant à des gains de performance indépendants de l’apprentissage, tandis que le sommeil REM diminue la plasticité pour stabiliser l’apprentissage d’une manière spécifique à l’apprentissage. »
– Masako Tamaki et al.
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