À partir de l’étude des neurones impliqués dans l’orientation spatiale, un groupe de chercheurs de l’Université du Michigan et de l’Université Rice a découvert que même pendant le sommeil, les neurones continuent de travailler à la réélaboration d’un nouvel endroit, anticipant les actions futures.
« Dormez là-dessus ». Combien de fois, tourmentés par un problème dont nous ne trouvions pas la solution, avons-nous entendu cette phrase, comme si notre cerveau continuait à réfléchir à la manière de faire pendant notre sommeil ? Nous savons maintenant que ce n’est pas juste une expression, mais qu’il existe des raisons scientifiques de le croire.
Une nouvelle étude, récemment publiée dans la revue spécialisée Nature, a analysé le fonctionnement des neurones de l’hippocampe responsables de l’orientation spatiale chez les souris et a trouvé des preuves significatives qui démontreraient que pendant le sommeil, le cerveau ne se contente pas de fixer les expériences passées en souvenirs, mais est également capable de prévoir les expériences futures.
Le rôle des neurones dans la réélaboration des espaces
Les chercheurs de l’Université du Michigan et de l’Université Rice se sont concentrés sur un type particulier de neurones, ceux impliqués dans le processus par lequel le cerveau fixe et réélabore les informations spatiales, créant notre représentation des lieux dans lesquels nous nous déplaçons.
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Pour ce faire, ils ont étudié le cerveau de plusieurs souris de laboratoire placées dans un labyrinthe et les ont formées à s’y déplacer en leur offrant une récompense à leurs deux extrémités. Cela leur a permis d’observer le fonctionnement des neurones avant, pendant et après que les souris aient été placées dans le labyrinthe. Ils ont étudié un certain type d’ondes cérébrales qui s’activent lorsque le cerveau doit consolider un souvenir.
De ces observations, ils ont noté que ces neurones non seulement réagissent aux stimulii visuels, mais « stabilisent également les représentations spatiales même pendant le sommeil », a expliqué Caleb Kemere, professeur de neurosciences à l’Université Rice. De plus, plusieurs études ont déjà démontré que le sommeil joue un rôle fondamental dans le fonctionnement de la mémoire et de l’apprentissage. Par exemple, une recherche récente a montré que les performances cognitives peuvent varier en fonction du moment où nous allons dormir.
Comment les neurones prévoient le futur
Jusqu’à présent, bien que cela soit intéressant, la recherche se limitait à confirmer avec de nouvelles preuves la capacité du cerveau à fixer pendant le sommeil la représentation d’un nouvel endroit récemment observé. Cependant, les chercheurs souhaitaient aller au-delà et découvrir pourquoi il arrive souvent que nous trouvions la solution à un problème juste après avoir dormi.
Pour ce faire, ils ont étudié les neurones spécialisés dans l’orientation spatiale chez les souris, non seulement pendant qu’elles étaient éveillées, mais également pendant qu’elles dormaient immédiatement après avoir été dans le labyrinthe. Grâce à un modèle d’apprentissage automatique, ils ont mis en relation chaque neurone avec les autres afin d’estimer le chemin dans le labyrinthe que les souris ont rêvé.
Une fois réveillées, les souris ont été remises dans le labyrinthe : leurs mouvements montrèrent des changements par communiqué à la dernière fois où elles avaient été dans le labyrinthe. Selon les chercheurs, ces changements « reflétaient quelque chose qui a été appris pendant que les animaux dormaient« . En substance, « c’est comme si la seconde expérience dans l’espace se produisait pendant que les animaux dormaient ».
Les neurones anticipent l’expérience spatiale pendant le sommeil
Selon les auteurs, cette étude offre une preuve que la neuroplasticité, c’est-à-dire la capacité des neurones à réélaborer la représentation de l’espace, se produit également pendant le sommeil, alors que jusqu’à présent, la recherche dans ce domaine s’était surtout concentrée sur ce qui se passe lorsque nous sommes éveillés.
En effet, même en l’absence de stimulii visuels, ces neurones travaillent à la synchronisation spatiale en anticipant au moins en partie les actions futures une fois replacés dans le même espace.