Bien que nous savons que le sommeil est essentiel à notre bien-être physique et mental, il reste un comportement incroyablement énigmatique, scientifiquement parlant. Les chercheurs de l'Université du Michigan, cependant, ont peut-être développé une nouvelle théorie pour rendre compte de l'un des mystères imminents du sommeil.
Chaque être vivant qui dort semble suivre le même modèle de base. De l'éveil, les organismes passent à un cycle répétitif de sommeil avec une faible activité cérébrale suivi d'une étape où nos cerveaux sont plus difficiles au travail, entre autres, générant des rêves vifs. Les yeux des humains dansent également derrière nos paupières pendant cette phase de haute activité, c'est pourquoi on appelle un mouvement oculaire rapide, ou REM, du sommeil.
Bien qu'il y ait quelques exceptions notables, y compris les personnes atteintes de narcolepsie et les personnes qui n'ont pas dormi à quelques jours, ce cycle de sommeil non REM pour la répétition est remarquablement répandu à travers le règne animal.
Évolutionnairement, il est tellement conservé et si omniprésent entre les espèces. Cela signifie qu'il y a probablement quelque chose de vraiment important dans cet ordre de sommeil particulier. Et cela ne va jamais à l'envers, à moins que quelque chose ait vraiment foiré le système. «
Sara Aton, professeur UM de biologie moléculaire, cellulaire et développementale
Pourtant, les scientifiques ont manqué une explication satisfaisante de la fonction biologique de ce phénomène pratiquement universel. Maintenant, les chercheurs UM dirigés par Aton et Michal Zochowski ont mis en place une théorie construite sur des observations expérimentales dans la souris et la modélisation informatique des circuits neuronaux du cerveau.
Cette théorie postule que, si les souvenirs étaient des arbustes, la phase non-REM du sommeil les aide à grandir et plus fort. L'étape REM s'élame ensuite, les gardant galbés et distincts, et les empêchant de se chevaucher et de se développer les uns dans les autres.
« Cela ne fonctionne que si vous avez cette séquence. Si vous vous rendez en sens inverse et que vous avez d'abord, il éloigne tout. Alors il ne reste plus de mémoire », a déclaré Aton. « Dans la séquence appropriée, vous renforcez les choses qui doivent être renforcées. Ensuite, REM arrive pour tailler les parties qui se chevauchent des souvenirs non liés. »
Chez les souris, les chercheurs pourraient observer l'effet du sommeil sur la mémorisation de simples expériences de conditionnement. Chez l'homme, a déclaré Zochowski, cela pourrait avoir des implications familières dans nos activités quotidiennes.
« Disons que vous avez trois réunions en une journée. Nous savons que vous vous souviendrez mieux de ces réunions après une bonne nuit de sommeil », a déclaré Zochowski. « Maintenant, il semble que pendant le sommeil non REM, vous renforcez votre mémoire de chaque réunion. Mais vous devez également vous rappeler qui a dit quoi et pendant quelle réunion. Ce que REM fait, c'est garder cela séparé. »
L'œuvre est publiée dans la revue Biologie informatique PLOS et a été soutenu par la National Science Foundation, une initiative Chan Zuckerberg et les National Institutes of Health. Le projet a été rendu possible, en partie, par les progrès réalisés par la communauté plus large au cours des dizaines de dernières années, favorisé par la recherche sur le cerveau du NIH en faisant progresser l'initiative de neurotechnologies innovantes, ou cerveau.
Cycles et circuits
Dirigées par l'équipe d'Aton, les dernières expériences des chercheurs ont surveillé les cerveaux de souris pour voir quelles parties de l'hippocampe étaient actives pendant différentes phases de sommeil après un scénario de conditionnement simple.
Les souris ont été déplacées de leurs enclos à domicile vers un nouvel environnement et, après avoir exploré quelques minutes, recevraient un petit choc à leurs pieds. Il y avait également un groupe témoin de souris qui n'avaient pas connu de telles désagrément. Cela a permis aux chercheurs de comparer l'activité cérébrale des souris endormies pendant les cycles REM et non REM qui avaient et n'avaient pas forgé une association entre le nouvel espace et un choc.
Mais les chercheurs ne peuvent pas encore se concentrer sur tous les neurones individuels codant pour des souvenirs spécifiques avec des techniques disponibles, c'est donc là que la modélisation de l'équipe est intervenue pour aider à terminer l'image. Le modèle a été développé par le groupe de Zochowski et traite les souvenirs nouvellement codés comme des changements dans l'activité des neurones dans les circuits, soumis à l'environnement du cerveau où un biochimique appelé acétylcholine module leur activité.
« Nous pouvons réellement simuler et déterminer quels neurones sont activés par un événement d'apprentissage », a déclaré Aton. « Nous pouvons modéliser cela et nous pouvons modéliser des changements qui se produisent en ce qui concerne l'acétylcholine en tant qu'animal passe par les différentes étapes du sommeil. »
Il existe également deux types de neurones: les excitateurs qui ont tendance à stimuler leurs voisins et ceux inhibiteurs qui réduisent l'activité des autres. En combinant ces dynamiques avec des données réelles sur l'activité cérébrale et les niveaux d'acétylcholine au cours de différentes phases du sommeil, le modèle a contribué à révéler des conclusions qui étaient auparavant inaccessibles.
Bien que les chercheurs soient excités par le résultat, ils ont souligné que ce n'est pas le dernier mot à ce sujet. Leur modèle de circuit est une représentation simplifiée du cerveau et les expériences de l'équipe ont testé des scénarios de mémoire relativement simples. Ainsi, la théorie pourrait changer ou évoluer lorsque les chercheurs le soumettent à des cas de test plus complexes et lui fournir des types de données nouveaux et différents.
« Ce que nous avons maintenant, c'est une étude qui dit: » Écoutez, c'est ce qui pourrait se passer « », a déclaré Zochowski. « Maintenant, nous devons prouver que le modèle est associé à la réalité. »
