Le sommeil et l'apprentissage

Le sommeil et l'apprentissage est un sujet de recherche qui a pris de plus en plus d'importance au cours des dernières années. Mais l'effet bénéfique du sommeil sur la mémoire a déjà été démontré par des expériences bien auparavant. Jenkins et Dallenbach ont pu démontrer en 1924, que les sujets pouvaient mieux remémorer des syllabes sans sens après avoir dormi qu'après avoir passé le même espace de temps éveillés. Maintenant, il est reconnu que le sommeil influence la mémorisation de ce qui a été appris juste avant. La recherche se fait à tous les niveaux, du niveau moléculaire et génétique jusqu'à l'être humain et en utilisant tout le spectre de techniques à disposition, du simple teste comportemental aux techniques d'imageries les plus sophistiquées. Les résultats de ces études ajoutent pratiquement chaque jours une pièce au puzzle et confirment que dormir après avoir appris peut faire la différence. Et pourtant, il reste encore beaucoup de questions en suspens: est-ce le sommeil REM ou le sommeil lent qui est nécessaire? Ou peut-être les deux? Est-ce que le moment et la durée du sommeil ont une influence? Ou tout dépend-il de la tâche apprise? Comme le sommeil est composé des deux états alternants sommeil REM et sommeil lent et que la mémoire peut être classée en mémoire déclarative et procédurale il est tentant de relier chacune des deux catégories de mémoire à un état de sommeil. Ainsi, il y a une hypothèse qui stipule que le sommeil lent est bénéfique à la mémoire déclarative et que le sommeil REM est bénéfique à la mémoire procédurale. En effet, certaines études confirment un tel lien mais il y a aussi des résultats contradictoires, de plus il a été démontré que pour certaines tâches les deux états de sommeil sont nécessaires.

Avant l'apprentissage, le sommeil a bien sûr autant d'importance sinon nous ne sommes pas réceptifs. Vous en avez personnellement fait l'expérience et le démontrer en laboratoire est une chose facile.

La mémoire
L'apprentissage et le sommeil sont deux processus très complexes. La constitution de la mémoire commence avec le processus d'apprentissage et est suivi d'une phase de consolidation. La consolidation est un processus qui réorganise le contenu de la mémoire pour le rendre stable et durable et qui peut même l'amplifier. Le premier chercheur à avoir étudié les bases biologiques et moléculaires de la mémoire est Eric Kandel. Sa contribution est importante et il a reçu le prix Nobel en reconnaissance de son travail. Dans son autobiographie sur le site du prix Nobel, il fait une description très intéressante de son travail de recherche passionnant. 

Techniques d'imagerie cérébrale
Un solide argument pour soutenir l'hypothèse que le sommeil joue un rôle dans la consolidation mnésique à long terme vient des études faites par imagerie à résonnance magnétique fonctionnelle (IMRf) et par tomographie à émission de positons (TEP). Elles montrent que l'activité cérébrale présente pendant l'apprentissage d'une tâche est réactivée pendant le sommeil qui suit. Des changements du débit sanguin régional ont été trouvés aussi bien pendant le sommeil lent que pendant le sommeil REM. Les leaders dans ce domaine sont Pierre Maquet et Philippe Peigneux avec leurs équipes. Une expérience originale au cours de laquelle une tâche de temps de réaction sérielle a été exercée en deux versions différentes, une version probabilistique et l'autre aléatoire, a été conçue par Philippe Peigneux. Il a pu démontrer que l'effet est spécifique à la version probabilistique et est corrélé avec le niveau atteint pendant l'apprentissage des règles probabilistiques. Cela suggère que le matériel à apprendre doit être structuré avant de pouvoir être traité pendant le sommeil. En d'autres termes, tant qu'il n'y a pas d'apprentissage il ne se passe rien pendant le sommeil. Le traitement du contenu de la mémoire peut aussi avoir lieu en même temps qu'une autre tâche est apprise. Ainsi l'apprentissage de la même tâche a engendré une activité cérébrale différente en fonction de la tâche apprise auparavant. 

Les études de privation de sommeil
Des preuves supplémentaires pour le rôle du sommeil dans la consolidation mnésique viennent d'expériences au cours desquelles la moitié des sujets a été privée de sommeil la nuit suivant l'apprentissage. Comparés aux sujets qui ont pu dormir les sujets privés de sommeil n'ont pas seulement eu une performance inférieure et une activité cérébrale différente mais aussi un autre type de connectivité. Les traces de cette interférence est encore visible 6 mois plus tard.

Parfois, il n'y a pas de différence entre les groupes au niveau de la performance alors que l'activité cérébrale montre des différences régionales et que la connectivité est différente pendant la pratique de la tâche selon que les sujets ont dormi ou non pendant la première nuit après l'apprentissage. Ainsi dans cette étude où les deux groupes avaient appris à naviguer dans une ville virtuelle et ont atteint un niveau de performance équivalent aussi bien pour la mémoire spatiale que pour la mémoire contextuelle mais avaient une activité cérébrale différente. Les régions cérébrales activées chez les sujets ayant dormi montrent que la navigation a été automatisée et utilise la mémoire alors qu'aucune stratégie unitaire n'apparaît chez les sujets ayant été privés de sommeil. Dans une autre étude où la mémoire émotionnelle a été testée il n'y avait pas de différences de performance pour les images montrant des émotions négatives entre les sujets qui avaient dormi la première nuit après avoir vu les images et ceux qui avaient été privés de sommeil alors qu'il y avait des différences pour les images neutres ou montrant des émotions positives. Mais dans cette étude aussi il y a des différences au niveau des régions activées pour les émotions négatives. L'orientation spatiale et la mémoire émotionnelle sont des facultés primordiales à la survie d'un individu chez toutes les espèces. On peut donc s'imaginer qu'il existe de multiples possibilités d'encoder et d'accéder à ces mémoires même en des circonstances défavorables.   

Simulation des fonctions cérébrales
Une façon de pouvoir mieux comprendre et en savoir plus sur l'apprentissage, le sommeil, la conscience, bref sur toutes les fonctions du cerveau, est de les imiter dans des modèles numériques. Le leader dans ce domaine est Terence J. Sejnowski avec ses collaborateurs au Computational Neurobiology Laboratory, Salk Institute for Biological Studies. Il a donné les Pauli-lectures 2008 à l'ETH à Zurich. 

Vous trouvez des listes de littérature sur le site de Philippe Peigneux, du Centre de Recherche du Cyclotron, à la fin d'articles scientifiques ou vous pouvez chercher par auteur ou par sujet dans Pubmed.