TAU, les chercheurs de l'UCLA développent en profondeur

Dec 17, 2023

Une étude révolutionnaire a démontré pour la première fois que les souvenirs durables sont consolidés dans le cerveau humain grâce à la communication entre l’hippocampe et le cortex cérébral pendant le sommeil. De plus, les chercheurs ont découvert qu’en induisant une stimulation cérébrale profonde pendant le sommeil, ils peuvent améliorer la consolidation de la mémoire.

L’étude unique, publiée dans la revue de premier plan Nature Neuroscience (L’augmentation de la synchronie neuronale hippocampique-préfrontale pendant le sommeil améliore la consolidation de la mémoire chez l’homme), impliquait une collaboration internationale dirigée par la Dre Maya Geva-Sagiv (aujourd’hui à UC Davis). L’étude était une collaboration entre les laboratoires du professeur Yuval Nir de la faculté de médecine Sackler, du département de génie biomédical et de la Sagol School of Neuroscience de l’Université de Tel Aviv, et le professeur Itzhak Fried du département de neurochirurgie de l’UCLA et de la faculté de médecine Sackler de l’Université de Tel Aviv.

« Cette étude a été rendue possible par un groupe rare de 18 patients atteints d’épilepsie au UCLA Medical Center », explique le professeur Nir. Le professeur Fried a implanté des électrodes dans le cerveau de ces patients pour essayer de localiser les zones qui causent leurs crises d’épilepsie, et ils se sont portés volontaires pour participer à une étude sur les effets de la stimulation cérébrale profonde pendant le sommeil. Un travail étroit avec des neurologues experts dirigés par le professeur Dawn Eliashiv à UCLA a permis à notre équipe d’intégrer la stimulation cérébrale avancée dans la recherche. Ainsi, nous avons pu tester, pour la première fois chez l’homme, l’hypothèse de longue date selon laquelle l’activité coordonnée de l’hippocampe et du cortex cérébral pendant le sommeil est un mécanisme essentiel à la consolidation des souvenirs. De plus, nous avons amélioré la consolidation de la mémoire grâce à un protocole de stimulation spécial qui a amélioré la synchronisation entre ces deux zones du cerveau. L’intervention pendant le sommeil représente une approche unique qui peut être développée davantage à l’avenir pour donner de l’espoir aux personnes atteintes de troubles de la mémoire tels que la démence.

« Nous savons qu’une bonne nuit de sommeil est essentielle pour la consolidation de souvenirs durables, mais jusqu’à présent, nous avions peu de preuves concernant les processus précis qui sont à l’œuvre pendant le sommeil humain », explique le Dr Maya Geva-Sagiv. « Dans cette étude, nous avons directement examiné le rôle de l’activité neuronale et des ondes cérébrales électriques pendant le sommeil. Notre objectif était d’améliorer les mécanismes naturels en jeu, de découvrir exactement comment le sommeil aide à stabiliser les souvenirs.

Les chercheurs ont développé un système de stimulation cérébrale profonde qui améliore la communication électrique entre l’hippocampe – une région du cerveau profond impliquée dans l’acquisition de nouveaux souvenirs, et le cortex frontal – où les souvenirs sont stockés à long terme. En surveillant l’activité dans l’hippocampe pendant le sommeil, le système permet une livraison précise et chronométrée de la stimulation électrique au cortex frontal. Les participants à l’étude ont effectué deux tests de mémoire, comparant leurs performances après deux nuits différentes – une non perturbée et une avec stimulation cérébrale profonde. Dans les deux cas, on leur a demandé le matin de reconnaître des personnes célèbres dont on leur avait montré les photos la veille au soir. L’étude a révélé que la stimulation cérébrale profonde améliorait considérablement la précision de leur mémoire.

« Nous avons constaté que notre méthode avait un effet bénéfique à la fois sur l’activité cérébrale pendant le sommeil et sur les performances de la mémoire », explique le professeur Fried. « Tous les patients qui avaient reçu des stimuli synchronisés au cortex frontal ont démontré de meilleures performances de mémoire, par rapport aux nuits de sommeil non perturbé. Le groupe témoin, qui a reçu des stimuli similaires mais non synchronisés, n’a montré aucune amélioration de la mémoire. Notre méthode de stimulation cérébrale profonde est unique car elle est en boucle fermée – les stimuli sont synchronisés avec précision avec l’activité de l’hippocampe. De plus, nous avons surveillé l’impact des stimuli sur l’activité cérébrale à une résolution de neurones individuels.

« Nos résultats soutiennent l’hypothèse selon laquelle une coordination précise entre les ondes de sommeil facilite la communication entre l’hippocampe qui absorbe de nouveaux souvenirs et le cortex frontal qui les stocke à long terme », ajoute le professeur Nir. « À notre grande surprise, nous avons également découvert que l’intervention n’augmentait pas de manière significative le nombre de bonnes réponses données par les participants, mais réduisait plutôt le nombre de mauvaises réponses. Cela suggère que le sommeil aiguise la précision de notre mémoire, ou en d’autres termes, il supprime diverses distractions de la trace de mémoire pertinente.

L’étude a été financée par des subventions des National Institutes of Health (NIH) des États-Unis, du Conseil européen de la recherche (ERC), de la National Science Foundation (NSF) des États-Unis, de la Fondation scientifique bilatérale États-Unis-Israël (BSF) et du Human Frontier Science Program (HFSP). Les autres co-auteurs de l’article sont le professeur Dawn Eliashiv, le Dr Emily Mankin, Natalie Cherry, Guldamla Kalender et le Dr Natalia Tchemondanov de l’UCLA, et le Dr Shdema Epstein de l’Université de Tel Aviv.

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