Sommeil et mémoire : Réorganisation des traces mnésiques au cours du sommeil chez le sujet jeune et âgé
Responsables : Géraldine Rauchs, Françoise Bertran et Fabien Guénolé
Les travaux de l’Unité sur les liens entre sommeil et mémoire, développés par Géraldine Rauchs, se sont surtout intéressés à comprendre le rôle des différents stades de sommeil dans la consolidation mnésique chez le sujet jeune sain et les résultats obtenus ont souligné la complexité des interactions entre sommeil et mémoire (Rauchs et al., 2005, J. Sleep Research, 14: 123-40). Les projets actuels visent, tout d’abord, à comprendre comment opère la consolidation mnésique au cours du sommeil chez le sujet âgé sain. Cette question, jusqu’ici largement négligée dans la littérature, semble pourtant cruciale puisque les sujets âgés présentent physiologiquement une réduction très importante du sommeil lent profond (qui favorise la consolidation en mémoire épisodique), et se plaignent de troubles de mémoire affectant en premier lieu la mémoire épisodique. Il est donc légitime de se demander s’il n’existe pas un lien entre ces deux perturbations.
Figure 1 – Activations observées pour des réponses R-R (en haut) et R-K (en bas) 3 jours et 3 mois après l’encodage d’images. A droite, différences significatives entre les 2 délais : l’activité hippocampique a disparu après 3 mois seulement pour les réponses R-K
Afin de comprendre la réorganisation des traces mnésiques au cours du sommeil chez le sujet âgé, nous menons actuellement une étude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) évaluant la consolidation à moyen et long-terme chez des sujets jeunes et âgés, privés ou non de sommeil durant la première nuit post-apprentissage. Durant la phase d’encodage, réalisée hors caméra, les sujets doivent mémoriser des images à valence émotionnelle ou neutres. Immédiatement après l’apprentissage, les sujets sont répartis en deux groupes : l’un privé de sommeil durant la première nuit post-apprentissage, l’autre autorisé à dormir durant cette même période. Les sujets sont ensuite re-testés 3 jours puis 3 mois après l’apprentissage au moyen d’une épreuve de reconnaissance associée au paradigme Remember/Know/Guess qui permet de différencier les réponses données au hasard (réponses Guess ou G), de celles basées sur un sentiment de familiarité (réponses Know ou K) ou sur une réelle récupération en mémoire épisodique (ou recollection, réponses Remember ou R). Des acquisitions en IRMf sont réalisées lors des deux séances de reconnaissance. Les premières données obtenues dans le cadre de cette étude, chez des sujets jeunes non privés de sommeil, nous ont permis de suivre de manière dynamique le devenir des traces mnésiques et d’éprouver les modèles de la consolidation mnésique actuellement au coeur d’un intense débat dans la littérature (Figure 1). Les analyses comparent l’activité cérébrale lors de la reconnaissance des images à 3 jours et à 3 mois, en distinguant les reconnaissances correctes basées sur un processus de recollection aux deux délais (images R-R) des images reconnues grâce à un processus de recollection à 3 jours puis par simple sentiment de familiarité à 3 mois (R-K). Les analyses révèlent une activation hippocampique, au niveau du subiculum, pour les deux délais pour les images de type R-R. Pour les images de type R-K, l’activation hippocampique diminue avec le temps, suggérant un processus de sémantisation de la trace mnésique. Par ailleurs, pour les images de type R-R, nous observons des activations corticales plus importantes à 3 mois qu’à 3 jours, notamment dans le cortex cingulaire antérieur connu pour son rôle dans la récupération des souvenirs anciens. Nous menons actuellement des analyses complémentaires pour déterminer si cette corticalisation s’accompagne d’une diminution de la richesse en détails des souvenirs.
Un autre projet, en cours d’élaboration, vise à apprécier le rôle des ondes lentes dans le processus de consolidation mnésique. Ce travail sera effectué en collaboration avec le Pr Jan Born et le Dr Lisa Marshall (Université de Lubeck, Allemagne) qui ont montré, chez des sujets jeunes, que l’application au cours du sommeil de stimulations électriques transcrâniennes à une fréquence mimant les ondes lentes endogènes améliorait les performances de mémoire épisodique et donc le processus de consolidation (Marshall et al., 2006, Nature, 444(7119) : 610-3). L’objectif de ce projet est d’évaluer, chez le sujet jeune, l’effet de ce type de stimulations sur la qualité des souvenirs (recollection ou familiarité) et de déterminer si cet effet bénéfique sur la mémoire est durable. Pour cela, les sujets réaliseront un apprentissage (épreuves de mémoire épisodique et de mémoire procédurale) dans la soirée. Nous enregistrerons leur sommeil durant la nuit post-apprentissage et évaluerons leurs performances le lendemain, une semaine et un mois après l’apprentissage. Durant la nuit postapprentissage, les sujets bénéficieront soit d’une stimulation mimant les ondes lentes endogènes soit d’une stimulation placebo (stimulation « sham »), les sujets participant aux deux conditions à quelques semaines d’intervalle.
Dans un second temps, nous appliquerons ce protocole à des sujets âgés, qui présentent une diminution majeure du sommeil lent profond et donc des ondes lentes, afin de déterminer si ce type de stimulations peut améliorer le processus de consolidation des traces mnésiques au cours du sommeil. Enfin, nous évaluerons l’effet des stimulations sur la réorganisation des traces mnésiques en réalisant des acquisitions en IRMf lors des phases de rappel des informations mémorisées, chez des sujets jeunes et âgés ayant bénéficié au cours de la nuit post-apprentissage d’une stimulation mimant les ondes lentes ou d’un placebo (stimulation «sham»).
A terme, la technique de stimulation électrique transcrânienne, non invasive, indolore et peu coûteuse, pourrait trouver une application originale dans la prise en charge de patients amnésiques sans atteinte du circuit de Papez.
Collaborations : Pr Jan Born et le Dr Lisa Marshall, Université de Lubeck, Allemagne
