Pourquoi les gens dorment-ils ? Les scientifiques trouvent des indices pour résoudre ce mystère séculaire

Selon les chercheurs, cette étude a trouvé l’indication la plus claire de récurrence du cortex moteur pendant le sommeil humain jamais vue.

De nouvelles connaissances sur l’activité cérébrale pendant le sommeil pourraient aider à créer des outils pour les personnes souffrant de troubles ou de lésions neurologiques

Pourquoi les gens dorment-ils ? Cette question est débattue par les scientifiques depuis des centaines d’années, mais une étude récente menée par des chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH), menée en collaboration avec des experts de l’Université Brown, du Département des anciens combattants et de plusieurs autres institutions, ajoute de nouveaux indices pour résoudre ce mystère. Leurs recherches, récemment publiées dans le Journal des neurosciences, peuvent aider à expliquer comment les individus se souviennent des choses et acquièrent de nouvelles compétences. Cela peut également aider à créer des outils pour les personnes souffrant de troubles ou de blessures neurologiques.

Selon l’auteur principal de l’étude et neurologue Daniel Rubin, MD, Ph.D., du Centre de neurotechnologie et de neurorécupération de l’HGM, les scientifiques savent depuis longtemps qu’un phénomène connu sous le nom de « rejeu » se produit pendant le sommeil. La relecture est considérée comme un mécanisme utilisé par le cerveau pour rappeler de nouvelles informations. Lorsqu’une souris apprend à naviguer dans un labyrinthe, l’équipement de surveillance peut indiquer qu’un schéma précis de cellules cérébrales ou de neurones s’allume s’il suit le bon chemin. « Puis, plus tard, pendant que l’animal dort, vous pouvez voir que ces neurones se déclenchent à nouveau dans le même ordre », explique Rubin. Les scientifiques pensent que c’est ainsi que le cerveau applique les connaissances nouvellement acquises pendant le sommeil, permettant aux souvenirs d’être consolidés, c’est-à-dire convertis de souvenirs à court terme en souvenirs à long terme.

Cependant, la relecture n’a été bien démontrée que chez les animaux de laboratoire. « Il y a une question ouverte dans la communauté des neurosciences : dans quelle mesure ce modèle de la façon dont nous apprenons les choses est-il vrai chez l’homme ? Et cela s’applique-t-il à différents types d’apprentissage ? » demande le neurologue Sydney S. Cash, MD, Ph.D., codirecteur du Centre de neurotechnologie et de neurorécupération au MGH et co-auteur principal de l’étude.Il est important, dit Cash, de comprendre si la récidive se produit avec l’apprentissage des habiletés motrices peut aider à développer de nouvelles thérapies et de nouveaux outils pour les personnes atteintes de maladies et de blessures neurologiques.

Les chercheurs ont trouvé la première preuve de répétition dans le cortex moteur humain, qui contrôle le mouvement volontaire, dans une nouvelle étude. Cela peut fournir des informations aux développeurs d’aides pour les personnes atteintes de paralysie, ainsi que des informations sur la façon dont nous apprenons et créons des souvenirs à long terme. Crédit : Hôpital général du Massachusetts

Pour déterminer si la répétition se produit dans le cortex moteur humain – la zone du cerveau qui contrôle le mouvement – ​​Rubin, Cash et leurs collègues ont embauché un homme de 36 ans atteint de tétraplégie (également appelée quadriplégie), ce qui signifie qu’il peut se déplacer sa jambe supérieure et inférieure ne peut pas bouger. membres inférieurs, dans son cas en raison d’une lésion de la moelle épinière. L’homme, identifié dans l’étude comme T11, participe à un essai clinique d’un dispositif d’interface cerveau-ordinateur qui lui permet d’utiliser un curseur et un clavier d’ordinateur sur un écran. Le dispositif de recherche est développé par le consortium BrainGate, une collaboration entre cliniciens, neuroscientifiques et ingénieurs de diverses institutions dans le but de créer des technologies pour restaurer la communication, la mobilité et l’indépendance des personnes souffrant de troubles neurologiques, de blessures ou de perte de membres. Le consortium est dirigé par Leigh R. Hochberg, MD, Ph.D., du MGH, de l’Université Brown et du Département des anciens combattants.

Dans l’étude, on a demandé à T11 d’effectuer une tâche de mémoire, similaire au jeu électronique Simon, dans laquelle un joueur observe un motif de lumières colorées clignotantes, puis doit se rappeler et reproduire cette séquence. Il contrôlait le curseur sur l’écran de l’ordinateur simplement en pensant au mouvement de sa propre main. Des capteurs implantés dans le cortex moteur du T11 ont mesuré des schémas de déclenchement neuronal, qui reflétaient le mouvement de sa main, lui permettant de déplacer le curseur sur l’écran et de cliquer dessus aux endroits souhaités. Ces signaux cérébraux ont été enregistrés et envoyés sans fil à un ordinateur.

Cette nuit-là, alors que T11 dormait chez lui, l’activité de son cortex moteur a été enregistrée et envoyée sans fil à un ordinateur. « Ce que nous avons trouvé était assez incroyable », dit Rubin. « Il a en fait joué au jeu dans son sommeil la nuit. » À plusieurs reprises, dit Rubin, les schémas de déclenchement neuronal de T11 pendant le sommeil correspondaient exactement aux schémas qui se produisaient lorsqu’il exécutait le jeu de correspondance de mémoire plus tôt dans la journée.

« C’est la preuve la plus directe de la récurrence du cortex moteur jamais vue pendant le sommeil chez l’homme », a déclaré Rubin. La plupart des récidives détectées dans l’étude se sont produites pendant le sommeil lent, une phase de sommeil profond. Fait intéressant, la récidive était beaucoup moins susceptible d’être détectée pendant que T11 était en sommeil paradoxal, la phase la plus associée au rêve. Rubin et Cash considèrent ce travail comme une base pour en savoir plus sur la relecture et son rôle dans l’apprentissage et la mémoire humains.

« Nous espérons que nous pourrons utiliser ces informations pour créer de meilleures interfaces cerveau-ordinateur et concevoir des paradigmes qui aident les gens à apprendre plus rapidement et plus efficacement pour reprendre le contrôle après une blessure », a déclaré Cash, soulignant l’importance de déplacer cette ligne de recherche des animaux aux humains. . « Ce type de recherche bénéficie énormément de l’interaction étroite que nous avons avec nos participants », ajoute-t-il, avec l’aimable autorisation de T11 et d’autres participants à l’essai clinique BrainGate.

Hochberg est d’accord. « Nos incroyables participants à BrainGate fournissent non seulement des informations utiles pour créer un système permettant de rétablir la communication et la mobilité, mais ils nous donnent également la rare opportunité de faire progresser les neurosciences humaines fondamentales – pour comprendre comment le cerveau humain fonctionne au niveau des circuits individuels. neurones », dit-il, « et d’utiliser ces informations pour construire la prochaine génération de neurotechnologies réparatrices ».

Rubin est également professeur de neurologie à la Harvard Medical School (HMS). Cash est professeur agrégé de neurologie au HMS. Hochberg est professeur agrégé de neurologie au HMS et professeur d’ingénierie à l’Université Brown.

L’étude a été financée par le National Institute of Neurologic Disease and Stroke, l’American Academy of Neurology, le National Institute of Mental Health, Conquer Paralysis Now, le Department of Veterans Affairs, le MGH-Deane Institute et le Howard Hughes Medical Institute à Stanford. .université.

Référence : « Les schémas moteurs appris sont rejoués dans le cortex moteur humain pendant le sommeil » par Daniel B. Rubin, Tommy Hosman, Jessica N. Kelemen, Anastasia Kapitonava, Francis R. Willett, Brian F. Coughlin, Eric Halgren, Eyal Y Kimchi, Ziv M. Williams, John D. Simeral, Leigh R. Hochberg et Sydney S. Cash, 22 juin 2022, Journal des neurosciences.
DOI : 10.1523/JNEUROSCI.2074-21.2022