SOMMEIL ET MEMOIRE. Agnès Nadjar 1

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1 SOMMEIL ET MEMOIRE Agnès Nadjar 1

2 Le Sommeil Le sommeil est défini comme: Un état réccurent, naturel de repos pour l esprit et le corps, Une perte de conscience du monde extérieur Accompagnée d une diminution progressive du tonus musculaire et de la réception sensitive du monde extérieur Essentiel pour le bien-être et la santé. Représente 1/3 de notre vie. L équilibre entre le sommeil et l éveil est déterminé par 2 facteurs: Rythme circadian (alternance jour-nuit, cycle de 24h) Facteur homéostatique = La pression de sommeil: augmente avec le temps d éveil 2

3 Le Sommeil -Durée du sommeil: variable selon les individus. En moyenne: 8h/nuit. Dépend de l âge -Sommeil = activité cyclique 5 phases différentes par cycle: 4 phases de sommeil à ondes lentes + 1 phase de sommeil paradoxal (rêve) 3

4 Electroencephalographie -L'électro-encéphalographie (EEG) = une méthode d exploration cérébrale - Mesure l'activité électrique du cerveau par des électrodes placées sur le cuir chevelu - tracé appelé électro-encéphalogramme. - Examen indolore et non-invasif - Renseigne sur l'activité neurophysiologique du cerveau (en particulier du cortex cérébral) -But: diagnostique (ex: troubles du sommeil) Recherche fondamentale 4

5 Les différentes phases du sommeil STADE 1 Somnolence, endormissement Transition entre veille et sommeil Environ 10 minutes réduction de la vigilance, du tonus musculaire et de la fréquence cardiaque STADE 2 50 % du temps de sommeil total. Assoupi, mais encore très sensible aux stimuli extérieurs Environ 20 minutes STADE 3-4 Stade 3: 10 minutes Stade 4: 60 minutes Sommeil paradoxal Mouvements oculaires rapides mouvements oculaires très rapides Atonie complète. Rêves. Peu sensible aux activités extérieures. Paralysie du corps, modification du rythme cardiaque. 5 à 15 minutes. 5

6 Les différentes phases du sommeil HYPNOGRAMME D UN SUJET SAIN -3 à 6 cycles de sommeil de 90 minutes (en moyenne) Premier cycle = 90 à 120 minutes. Cycles suivants : de plus en plus courts. - Le sommeil paradoxal représente 20 % du temps d'un cycle. 6

7 Les différentes phases du cycle veille/sommeil Éveil Sommeil à ondes lentes Sommeil paradoxal EEG Faible amplitude Rythme rapide Forte amplitude Rythme lent Faible amplitude rythme rapide Sensation Vive, origine extérieure Absente ou très atténuée Vive, générée intérieurement Pensée Logique, progressive Logique, répétitive Vive, illogique, étrange Mouvement Continu, volontaire Occasionnel, involontaire Atonie musculaire Mouvement commandé par le cerveau mais pas réalisé Mouvements oculaires rapides (REM) Fréquents Rares Fréquents 7

8 Rythme du sommeil au cours de la vie 8

9 Rôle du sommeil (1) Restauration des stocks d énergie (2) Thermorégulation cérébrale (baisse de température) (3) Détoxification du cerveau (4) Restauration des tissus (5) Mémoire 9

10 Taxonomie des systèmes de mémoire chez l Homme (Squire, 2004; Henke, 2010) explicite implicite Hippocampe Striatum Cortex Amygdale Mémoire spatiale/relationnelle Habitudes, action dirigée vers un but Mémoire émotionnelle Rongeurs 10

11 Sommeil et mémoire Nuit de 8 heures bénéfique sur mémoire Sieste plus courte (1-2heures) Efficace également Sieste très courte (6 minutes) Plus le sommeil est long, meilleure sera la mémoire. Chez le jeune adulte, pour être efficace sur la mémorisation, le sommeil doit arriver le même jour que l apprentissage 11

12 Sommeil et mémoire Mémoire Hippocampe Hippocampe: mémoire spatiale/topographique Cellules de lieu s activent lors d un trajet 12

13 Sommeil et mémoire 13

14 Electrodes d enregistrement 14

15 Labyrinthes 15

16 Hippocampe et cellules de lieu En période de veille (Nakazawaet al., 2004, Nature ReviewsNeuroscience) 16

17 Réactivation des mêmes séquences neuronales 10 cellules de lieu enregistrées, 30 passages Pendant l apprentissage (Lee and Wilson, Neuron, 2002) 17

18 Réactivation des mêmes séquences neuronales Pendant les phases de sommeil Durant sommeil, réactivation mêmes cellules, dans le même ordre. Le film de l exploration repasse de façon inconsciente, en accéléré = souvenir condensé (Lee and Wilson, Neuron, 2002) 18

19 Apprentissage et sommeil Pourquoi réactivons-nous les mêmes cellules lors de notre sommeil? A quoi sert de revivre la même expérience lors de nos phases inconsciente? 19

20 Consolidation de la mémoire Après un apprentissage, la nouvelle mémoire ne possède pas sa forme finale (neurones, connexions, force de ces connexions) Cerveau doit encore beaucoup travailler pour que cette mémoire devienne solide et utile pour l individu = consolidation = mécanisme inconscient = pendant notre sommeil 20

21 Consolidation de la mémoire pendant le sommeil : étude chez l adulte Protocole expérimental Jeu «memory» 21 (Diekelmann et al., Nature Neuroscience 2011)

22 Consolidation de la mémoire pendant le sommeil: étude chez l adulte (Diekelmann et al., Nature Neuroscience 2011) - Sommeil à ondes lentes essentiel pour la consolidation de la mémoire - Activation de zones cérébrales spécifiques lors de la réexposition à l odeur pendant le sommeil Pendant le sommeil renforcement des connexions neuronales, renforcement de la mémoire 22

23 Consolidation de la mémoire pendant le sommeil: étude chez l adulte 23

24 Consolidation de la mémoire pendant le sommeil: étude chez le jeune enfant Organisation différente du sommeil chez l enfant Jusqu à 5 ans: nuits plus longues + siestes Vers 5 ans: disparition siestes = développement normal + pression scolaire Rôlé sieste dans consolidation mémoire chez jeune enfant (3-5ans)? 24 (Kurdziel et al., PNAS, 2013)

25 Consolidation de la mémoire pendant le sommeil: étude chez le jeune enfant Jeu «memory» Expérience à 10h, en classe. Enfants regardent les cartes par périodes de 30 secondes, jusqu à un score de rétention de 9 cartes sur 12. Sieste (1h15 en moyenne) pour une ½. Eveil pour autre ½ A 15h: test Le lendemain, nouveau test 25

26 Consolidation de la mémoire pendant le sommeil: étude chez le jeune enfant Sieste + Sieste - Sans sieste diminution performances de 15% en moyenne Nuit de sommeil ne suffit pas à restaurer des performances optimales sieste cruciale 26

27 Consolidation de la mémoire pendant le sommeil: étude chez le jeune enfant Différence entre «siesteurs» habituels et «siesteurs» non habituels 27

28 Mécanismes de consolidation de la mémoire pendant le sommeil? 28

29 Transfert de la mémoire de l hippocampe vers le cortex pendant le sommeil Pendant sommeil, migration des cartes topographiques de l'hippocampe (région profonde de notre cerveau) vers le cortex (régions superficielles). Une petite partie demeurera dans l hippocampe et une grande partie partira dans cortex. 29

30 Sommeil et mémoire: Deux théories opposées Sommeil = consolidation des souvenirs (migration vers cortex) Sommeil = oubli des informations non pertinentes (théorie plus récente) 30

31 Sommeil et oubli: étude chez l homme (Hauner et al., nature Neuroscience, 2013) 31

32 Sommeil et oubli: étude chez l homme Traitement stress post-traumatique? 32 (Hauner et al., nature Neuroscience, 2013)

33 Sommeil et oubli Atténuation de la mémoire émotionnelle Quel intérêt pour l homme? Favoriser par l évolution. Pourquoi? Spécifique à l Homme? 33

34 Rôle du sommeil (1) Economie d énergie (2) Thermorégulation cérébrale (baisse de température) (3) Détoxification du cerveau (4) Restauration des tissus (5) Mémoire 34

35 Sommeil et nettoyage du cerveau LCR (ou Liquide Cephalo Rachidien) s infiltre entre les neurones et élimine les déchets issus de ces derniers via transport veineux (Xie et al., Science, 2013) 35

36 Sommeil et nettoyage du cerveau CSF = Cerebrospinal Fluid ou LCR = Liquide Cephalo Rachidien 36

37 Sommeil et nettoyage du cerveau: pertinence pour la maladie d Alzheimer Vitesse d élimination Abeta augmentée pendant le sommeil Privation de sommeil et maladie d Alzheimer? 37

38 Sommeil et mémoire Pose le problème des travailleurs de nuit : vulnérables aux maladies (diabète, cancer, obésité, maladies cardiovasculaires et maladies neurologiques?) 38