Une nouvelle étude révèle comment le sommeil lent synchronise l'activité cérébrale, améliorant ainsi les performances cognitives. Cette découverte pourrait conduire à de nouveaux traitements pour les troubles du sommeil et à des méthodes pour stimuler les capacités cérébrales.
Des chercheurs de l'Université Rice, du Centre de restauration des systèmes neuraux de l'Université méthodiste de Houston et du Weill Cornell Medical College ont dévoilé une découverte révolutionnaire sur la façon dont le sommeil non paradoxal (NREM) améliore la fonction cognitive. Cette étude, publié dans la revue Science, met en lumière le rôle essentiel que joue le sommeil NREM dans la synchronisation cérébrale et l'encodage de l'information.
« Notre étude non seulement approfondit notre compréhension mécaniste du rôle du sommeil dans la fonction cognitive, mais ouvre également de nouvelles perspectives en montrant que des modèles spécifiques de stimulation cérébrale pourraient remplacer certains bienfaits du sommeil », a déclaré dans un communiqué Valentin Dragoi, co-auteur de l'étude, professeur de génie électrique et informatique à la chaire présidentielle distinguée Rice, Rosemary et Daniel J. Harrison III en neuroprothèses à Houston Methodist et professeur de neurosciences à Weill Cornell. communiqué de presse.
Cette étude démontre comment le sommeil lent, généralement observé pendant le sommeil léger ou les siestes, améliore les performances neuronales et comportementales. Cette nouvelle compréhension pourrait révolutionner notre approche du traitement des troubles du sommeil et de l’amélioration des fonctions cognitives.
L'équipe a utilisé des réseaux multiélectrodes avancés pour surveiller l'activité neuronale de macaques engagés dans une tâche de discrimination visuelle. Leurs résultats ont montré une amélioration significative des performances de la tâche après le sommeil lent, les animaux distinguant plus précisément les images tournées.
« Pendant le sommeil, nous avons observé une augmentation de l’activité des ondes delta à basse fréquence et une synchronisation des décharges entre les neurones de différentes régions corticales », a déclaré Natasha Kharas, première auteure de l’étude et ancienne chercheuse du laboratoire de Dragoi et aujourd’hui résidente en chirurgie neurologique à Weill Cornell, dans le communiqué de presse. « Cependant, après le sommeil, l’activité neuronale est devenue plus désynchronisée qu’avant le sommeil, ce qui a permis aux neurones de s’activer de manière plus indépendante. Ce changement a conduit à une amélioration de la précision du traitement de l’information et des performances dans les tâches visuelles. »
L’étude a également révélé que la simulation artificielle des effets neuronaux du sommeil à l’aide d’une stimulation électrique à basse fréquence du cortex visuel améliorait également les performances. Cela suggère que les bienfaits cognitifs du sommeil pourraient être reproduits sans sommeil réel.
« Cette découverte est importante car elle suggère que certains des effets réparateurs et améliorants des performances du sommeil pourraient être obtenus sans avoir besoin de dormir », a ajouté Dragoi. « La capacité à reproduire la désynchronisation neuronale semblable au sommeil dans un état d’éveil ouvre de nouvelles possibilités pour améliorer les performances cognitives et perceptives dans des situations où le sommeil n’est pas possible, comme pour les personnes souffrant de troubles du sommeil ou dans des circonstances atténuantes comme l’exploration spatiale. »
Les chercheurs ont approfondi le phénomène à travers un modèle de réseau neuronal, montrant l’affaiblissement des connexions cérébrales excitatrices et inhibitrices pendant le sommeil. Cet affaiblissement asymétrique stimule l’excitation neuronale, optimisant ainsi la fonction cérébrale.
« Nous avons découvert une solution surprenante que le cerveau utilise après le sommeil, par laquelle les populations neuronales participant à la tâche réduisent leur niveau de synchronie après le sommeil malgré la réception d'entrées de synchronisation pendant le sommeil lui-même », a ajouté Drago.
En fin de compte, cette étude non seulement élucide les mécanismes du sommeil NREM, mais ouvre également la voie à des thérapies innovantes de stimulation cérébrale qui pourraient améliorer les performances cognitives indépendamment du sommeil.
Cette recherche marque une avancée significative dans le domaine des neurosciences, promettant de futures applications dans des environnements médicaux et à haut stress comme l’exploration spatiale.