Recherche: le sommeil est nécessaire pour oublier

Au fil des ans, les scientifiques ont émis l'hypothèse pourquoi nous dormions. Certains sont sûrs que c'est un moyen d'économiser de l'énergie, d'autres - qu'il permet de "supprimer les déchets cellulaires" de l'activité cérébrale. Il existe une version selon laquelle le sommeil rend simplement les animaux immobiles, leur permettant de se cacher des prédateurs. Les chercheurs ont récemment présenté des preuves d'une autre théorie: nous dormons pour oublier certaines des informations que nous apprenons chaque jour.

Afin d'apprendre et d'apprendre quelque chose de nouveau, de nombreuses connexions entre les neurones - les synapses - doivent être établies dans le cerveau. Ces connexions vous permettent de vous envoyer et de vous transmettre des signaux rapidement et efficacement, et toutes les mémoires que nous avons sont stockées dans de tels réseaux.

En 2003, Giulio Tononi et Chiara Cirelli, biologistes à l'Université du Wisconsin à Madison , ont suggéré que les synapses se développent si rapidement pendant la journée que le cerveau essaie de couper ces composés pendant le sommeil. Plus tard, les scientifiques Tononi et Cirelli, ainsi que d'autres chercheurs, ont trouvé de nombreuses preuves indirectes à l'appui de leur hypothèse d'homéostasie synaptique.

Grâce à diverses expériences, les scientifiques ont découvert que les neurones peuvent couper les synapses - au moins en laboratoire. À l'aide de divers médicaments, les chercheurs ont stimulé la croissance des synapses en excès, ce qui a provoqué l'arrêt des faisceaux de neurones par eux-mêmes.

Autre preuve de cette théorie, les ondes électriques émises par le cerveau sont prises en compte. Pendant le sommeil profond, ces ondes sont réduites. Tononi et Cirelli ont ensuite fait valoir que les réductions des synapses entraînent de tels changements.

Les études de Tononi et Cirelli ont montré que même de courtes périodes de sommeil ou d'éveil altèrent l'activité synaptique à différents niveaux, c'est-à-dire provoquent la contraction et la croissance des synapses en conséquence. Leurs derniers travaux démontrent qu'une diminution omniprésente des synapses se produit dans le cerveau des souris lorsqu'elles dorment.

Depuis 2013, leur collègue, Luisa de Vivo (Luisa de Vivo), a mené une étude minutieuse des tissus prélevés sur des souris au moment où certains dormaient, tandis que d'autres étaient éveillés. Elle a utilisé la microscopie électronique à balayage pour créer des images tridimensionnelles haute définition de 6920 connexions synaptiques dans deux zones différentes du cerveau - une tâche qui a pris plus de quatre ans à résoudre.


Image tridimensionnelle des processus dendritiques dans le cortex cérébral de la souris

Les chercheurs ont étudié des milliers d'images pour calculer la surface totale de contact entre les terminaisons nerveuses et les processus dendritiques - de minuscules protubérances qui servent de récepteur sur les synapses. Ils sont intéressants en ce sens qu'ils se développent au moment où les connexions synaptiques sont renforcées. Dans le cerveau des souris endormies, la surface de contact était de 18% inférieure à celle des souris éveillées. En d'autres termes, il y a eu une diminution générale du nombre de composés synaptiques. Le déclin s'est avéré hétérogène et limité à de petits processus censés être impliqués dans la formation.

Une autre étude a été dirigée par Graham Diering, scientifique à l'Université Johns Hopkins . Le Dr Deiring et ses collègues ont testé l' hypothèse de l'homéostasie synaptique en étudiant les protéines dans le cerveau de la souris. Dans une expérience, ils ont créé un minuscule trou à travers lequel on pouvait regarder dans le cerveau. Puis ajouté un produit chimique qui met en évidence la protéine à la surface des synapses.

En conséquence, l'équipe Deiring a découvert que le sommeil était associé à une diminution de la taille des processus dendritiques, ainsi qu'à une réduction de 20% des sous-unités de la molécule de récepteur AMPA , qui ont disparu des dendrites réduites. Lorsque les souris se réveillent, la protéine charpente synaptique Homer lie d'autres récepteurs et leurs «partenaires» moléculaires ensemble et les maintient ensemble au niveau des synapses sous la membrane cellulaire. Pendant le sommeil, une version abrégée de cette protéine Homer1A pénètre dans les dendrites et démonte l'ensemble du système et supprime les récepteurs AMPA, affaiblissant la connexion.

Les scientifiques ont également créé des souris génétiquement modifiées dépourvues du gène Homer1A. Ces animaux dormaient de la même manière que leurs compagnons, mais leurs synapses ne modifiaient pas leurs protéines, comme le faisaient les synapses chez les souris ordinaires. Une étude du Dr Deiring suggère que la somnolence est causée par les neurones qui ont besoin de produire Homer1A et de le diriger vers les synapses pour les couper.

Pour voir comment ces sections affectent la mémoire, les scientifiques ont effectué une série de tests. Ils ont placé les souris dans une pièce où ils ont reçu une faible charge de courant électrique s'ils marchaient le long d'une section du sol. Cette même nuit, une équipe de chercheurs a injecté un produit chimique qui interfère avec les neurones qui coupent les synapses dans le cerveau de certaines souris.

Le lendemain, les souris ont été renvoyées dans la même chambre. Les deux groupes de souris ont passé la plupart de leur temps immobiles, car ils se souvenaient qu'un choc allait suivre le mouvement. Mais lorsque les chercheurs les ont placés dans une autre chambre, ils ont vu une grande différence. Les souris dont le cerveau n'était pas exposé à la drogue la nuit reniflaient la pièce avec curiosité, tandis que les souris aux synapses non circoncies se figeaient à nouveau. Le Dr Deiring estime que les souris du deuxième groupe n'ont pas pu restreindre leurs souvenirs à une caméra spécifique, où elles ont reçu un choc. Sans garniture de nuit, leurs souvenirs étaient flous.

Des expériences ultérieures par Tononi et ses collègues ont démontré que tous les neurones n'effectuent pas la procédure de coupure - environ un cinquième des synapses restent intactes. Il y a des spéculations que ces synapses encodent des mémoires «bien établies» qui ne devraient pas être modifiées.

Certains scientifiques ne considèrent pas ces résultats comme des preuves de l'hypothèse de l'homéostasie synaptique. Il est difficile de dire si ces changements dans le cerveau sont causés par le sommeil ou une horloge biologique. De plus, on ne peut pas dire sans équivoque que le sommeil existe uniquement parce que le cerveau peut saper les synapses au cours de ce processus.

Malgré tous les doutes, les nouvelles données peuvent changer la façon dont, par exemple, les somnifères sur le cerveau humain. Bien qu'ils aident les gens à s'endormir, ils peuvent interférer avec le processus de parage des neurones nécessaires pour former des souvenirs. À l'avenir, les molécules médicamenteuses pourront être orientées avec précision afin que les synapses soient correctement coupées.