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Les 10 découvertes de 2016

[5] Dormir pour se souvenir

02-01-2017

Illustration: Cornelia Li

En faisant taire certains neurones, des chercheurs ont apporté la preuve directe du lien entre mémorisation et sommeil paradoxal.

Richard Boyce y a sacrifié quelques nuits de sommeil, mais ses efforts ont payé. Le doctorant a réussi à prouver que le sommeil paradoxal est crucial pour la consolidation de la mémoire. « On s’en doutait, mais personne ne l’avait démontré. Notre étude met fin à 15 ans de débat », se réjouit son directeur de thèse Sylvain Williams, chercheur à l’Institut Douglas, à Montréal.

Il faut dire que le sommeil paradoxal, découvert il y a plus de 60 ans, est très difficile à étudier. Survenant plusieurs fois par nuit, il se caractérise par une activité intense du cerveau, qui contraste avec l’absence totale de tonus musculaire. Seuls les yeux, derrière les paupières, bougent constamment – d’où son autre nom de REM (pour rapid eye movement). Pendant le sommeil paradoxal, le cerveau produit des ondes rapides, appelées thêta. On les enregistre principalement dans l’hippocampe, une zone associée à la formation des souvenirs.

« Le problème, c’est que les phases de sommeil paradoxal ne durent que quelques minutes, voire quelques secondes chez la souris. Il est donc ardu de les isoler du sommeil profond pour comprendre leur rôle, explique le chercheur qui est aussi professeur à l’Université McGill. Jusqu’ici, la solution était de réveiller les sujets dès qu’ils entraient dans cette phase, mais cela perturbait l’ensemble de leur sommeil. »

Après six ans d’efforts et de « bricolage » délicat, l’équipe a réussi à empêcher les phases de sommeil paradoxal, sans déranger les souris endormies. Et elle a démontré que les animaux n’ayant pas bénéficié de ce sommeil avaient oublié une expérience vécue la veille. Aussi brèves soient-elles, ces phases, connues pour générer des rêves intenses et nombreux, sont donc essentielles pour mémoriser durablement certaines informations.

Pour réussir cette démonstration, Richard Boyce a utilisé l’optogénétique, une technique qui permet d’éteindre ou d’allumer certains neurones grâce à un faisceau lumineux. « Nous avons d’abord trouvé quels étaient les neurones qui produisaient le rythme thêta. Ils sont situés dans une région appelée septum qui a des ramifications dans l’hippocampe », explique Sylvain Williams.

Sur papier, c’est simple : en « éteignant » ces neurones, et eux seuls, on pourrait empêcher la production des ondes thêta et l’entrée en sommeil paradoxal. Bien sûr, il a fallu des années d’ajustement pour y parvenir !

« On a utilisé des souris génétiquement modifiées dont les neurones concernés sont capables de fabriquer une molécule sensible à la lumière. J’ai ensuite implanté des électrodes dans leur cerveau pour enregistrer les ondes cérébrales, ainsi qu’une fibre optique pour pouvoir envoyer un signal lumineux », résume Richard Boyce.

Il restait à veiller les souris : dès que le sommeil paradoxal se pointait, l’étudiant envoyait la lumière dans la fibre optique pour stopper net l’activité des neurones du septum. Les cobayes ne se rendaient compte de rien, mais n’entraient jamais en sommeil REM. « Cela permet un contrôle très précis et rapide, comme avec un interrupteur », précise-t-il.

Parallèlement, les souris étaient soumises à une expérience : on leur présentait deux objets identiques dans une cage. Le lendemain, l’un des objets avait changé de place. D’un naturel curieux, les souris ayant dormi normalement allaient spontanément explorer ce « nouvel » objet. « Les souris qui n’avaient pas eu de sommeil REM, elles, ne remarquaient pas que l’objet avait été bougé, preuve que leur mémoire spatiale était affectée », ajoute l’étudiant. L’ingénieuse démonstration a été l’objet d’un article dans la revue Science, en mai 2016.

Qu’en est-il chez les humains ? « Beaucoup d’études suggèrent que le sommeil paradoxal est altéré chez les personnes atteintes d’alzheimer, par exemple. Cela pourrait contribuer aux pertes de mémoire », répond Sylvain Williams qui a codirigé les travaux avec Antoine Adamantidis, expert du sommeil à l’Université de Berne, en Suisse. La prochaine étape ? Comprendre les mécanismes permettant aux neurones de stocker durablement les informations lors du sommeil paradoxal. Encore des nuits blanches en perspective !

A aussi participé à la découverte : Stephen Glasgow (Université McGill).

 

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