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Dormir pour nettoyer et réinitialiser le cerveau

Le cerveau à tous les niveaux, le 4 novembre 2013, 14h34

Il est toujours étonnant de se rappeler qu’on passe le tiers de notre vie à dormir et qu’on ne sait pas encore exactement à quoi sert le sommeil ! Deux études récentes viennent cependant jeter un peu de lumière sur cette obscure question.

Dormir pour nettoyer et réinitialiser le cerveau
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Dormir pour nettoyer et réinitialiser le cerveau

La première, de Lulu Xie et son équipe, publiée dans la revue Science en octobre dernier, montre comment le sommeil nettoie notre cerveau des toxines accumulées durant la journée. En utilisant une technique de microscopie dite « à deux photons », ils ont pu observer chez la souris vivante un taux d’évacuation des déchets métaboliques plus élevé durant son sommeil que lorsque la souris est éveillée. Ce nettoyage nocturne serait rendu possible par la dilatation des flux de liquide interstitiel permettant une plus grande évacuation des substances toxiques, incluant la protéine bêta-amyloïde impliquée dans l’Alzheimer.

La seconde étude vient renforcer une fonction qui a reçu toutes sortes d’appuis plus ou moins directs au cours des dernières années, celle de la consolidation mnésique. Autrement dit, dormir aide à retenir les apprentissages de la journée et, probablement aussi, à oublier tout ce qui n’était pas nécessaire dans le bombardement sensoriel subi durant l’éveil. Bref, à faire une sorte de réinitialisation des synapses, ces lieux de connexion entre les neurones dont l’efficacité est modulable par l’apprentissage.

L’étude de Olena Bukalo, publiée pour sa part en mars dernier, part de l’observation que, durant le sommeil profond ainsi que durant l’état d’éveil “tranquille” (« quiet wakefulness”, en anglais), les neurones de l’hippocampe déchargent de brèves séries de potentiels d’action à haute fréquence (100-300 Hz) en synchronicité appelées “Sharp-Wave Ripple complexes » (SWR), en anglais.

On savait que perturber ces bouffées de potentiels d’action diminue la rétention de ces informations, suggérant qu’elles sont essentielles à la consolidation de la mémoire. Mais on connaissait peu de chose sur la façon dont ces influx nerveux affectaient l’efficacité synaptique associée à la mémoire dans l’hippocampe.

C’est ici qu’entrent en jeu d’autres études qui avaient pu démontrer que les “sharp-wave ripple complexes » se propagent de manière « antidromiques » sur les axones des neurones de la région CA1 de l’hippocampe, c’est-à-dire dans le sens inverse du sens habituel de la propagation de l’influx nerveux (qui va des dendrites vers l’axone). Comme ces bouffées de potentiels d’action antidromiques peuvent ainsi remonter jusque dans les dendrites des neurones de CA1, l’efficacité des connexions synaptiques à cet endroit pourrait y être modifiée.

Bukalo et ses collègues ont réussi à produire des potentiels d’action antidromiques en dépolarisant ces axones par application du neurotransmetteur GABA ou augmentation de l’efficacité des « gap junctions » (par où les “sharp-wave ripple complexes » en provenance d’autres neurones s’introduiraient dans l’axone). Cette dépolarisation a produit une réduction de l’efficacité des synapses dans les dendrites du neurone. De plus, une stimulation électrique directe (et donc plus intense) des axones induisait quant à elle une dépression synaptique largement répandue et de longue durée dans les dendrites de ces neurones. .

Mais ce qui rend cette expérience vraiment intéressante, c’est la constatation qu’une stimulation synaptique arrivant par la suite dans les dendrites de ces neurones en provenance d’un autre neurone situé en amont (donc dans la direction classique de la propagation de l’influx nerveux) et qui était auparavant trop faible pour produire une potentialisation synaptique, était maintenant capable d’induire une augmentation de l’efficacité synaptique de longue durée.

Comme si le cerveau opérait durant la nuit une vaste opération de réinitialisation (« rescaling » ou « reset », en anglais) des synapses dans cette structure essentielle au stockage de nos souvenirs explicites qu’est l’hippocampe. Ces “sharp-wave ripple complexes » qui envahissent le neurone dans le « mauvais sens » pourraient ainsi contribuer à une consolidation sélective de certains souvenirs : ceux qui, par leur signification pour le sujet, parviendraient à se démarquer de cette remise à niveau généralisée de tout ce qui n’a pas été retenu comme important dans la journée précédant une bonne nuit de sommeil.

Stronger or weaker brain synapses after sleep?
Sleeping to reset overstimulated brain connections
Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain
Synaptic plasticity by antidromic firing during hippocampal network oscillations