Pendant le sommeil, les régions du cerveau se synchronisent pour créer la mémoire motrice


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  • Lorsque Steph Curry des Golden State Warriors effectue un lancer franc, son cerveau fait appel à la mémoire motrice. Des chercheurs de l’UC San Francisco (UCSF) ont montré comment ce type de mémoire se consolide pendant le sommeil, lorsque le cerveau traite l’apprentissage de la journée pour rendre l’acte physique de faire quelque chose de subconscient.

    L’étude, publiée le 14 décembre 2022, dans La nature, montre que le cerveau fait cela en examinant les essais et les erreurs d’une action donnée. Dans l’analogie, cela signifie trier tous les lancers francs que Curry a jamais lancés, éliminer la mémoire de toutes les actions sauf celles qui ont atteint le but ou que le cerveau a jugées « assez bonnes ». Le résultat est la capacité d’effectuer le lancer franc avec une grande précision sans avoir à penser aux mouvements physiques impliqués.

    « Même les athlètes d’élite font des erreurs, et c’est ce qui rend le jeu intéressant », a déclaré Karunesh Ganguly, MD, PhD, professeur de neurologie et membre de l’UCSF Weill Institute for Neurosciences. « La mémoire motrice n’est pas une question de performances parfaites. Il s’agit d’erreurs prévisibles et de succès prévisibles. Tant que les erreurs sont stables d’un jour à l’autre, le cerveau dit : ‘Enfermons simplement cette mémoire.' »

    Ganguly et son équipe ont découvert que le processus de «verrouillage» implique une communication étonnamment complexe entre différentes parties du cerveau et se déroule pendant le sommeil réparateur profond connu sous le nom de sommeil non paradoxal.

    Le sommeil est important car notre cerveau conscient a tendance à se concentrer sur les échecs, a déclaré Ganguly, qui a précédemment identifié les ondes cérébrales associées au sommeil qui influencent la rétention des compétences.

    « Pendant le sommeil, le cerveau est capable de passer au crible toutes les instances dans lesquelles il est pris et de mettre en avant les schémas qui ont réussi », a-t-il déclaré.

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    On pensait autrefois que l’apprentissage des habiletés motrices ne nécessitait que le cortex moteur. Mais ces dernières années, une image plus complexe a émergé.

    Pour examiner ce processus de plus près, Ganguly a confié à des rats une tâche pour atteindre des granulés. Ensuite, l’équipe s’est penchée sur leur activité cérébrale dans trois régions pendant le sommeil NREM : l’hippocampe, qui est la région responsable de la mémoire et de la navigation, le cortex moteur et le cortex préfrontal (PFC).

    Au cours de 13 jours, une tendance a émergé.

    Premièrement, dans un processus appelé « apprentissage rapide », le PFC s’est coordonné avec l’hippocampe, permettant probablement à l’animal de percevoir son mouvement par rapport à l’espace qui l’entoure et sa position dans cet espace. Dans cette phase, le cerveau semblait explorer et comparer toutes les actions et tous les schémas créés lors de la pratique de la tâche.

    Deuxièmement, dans un processus appelé apprentissage lent, le PFC semblait porter des jugements de valeur, probablement motivés par des centres de récompense qui étaient activés lorsque la tâche était réussie. Il s’est engagé dans une diaphonie avec le cortex moteur et l’hippocampe, baissant les signaux liés aux échecs et augmentant ceux liés aux succès.

    Enfin, à mesure que l’activité électrique des régions se synchronisait, le rôle de l’hippocampe diminuait et les cas que le cerveau avait notés comme gratifiants venaient au premier plan, où ils étaient stockés dans ce que nous appelons la « mémoire motrice ».

    Alors que les rats apprenaient initialement la tâche, leurs signaux cérébraux étaient bruyants et désorganisés. Au fil du temps, Ganguly a pu voir les signaux se synchroniser, jusqu’à ce que les rats réussissent environ 70% du temps. Après ce point, le cerveau semblait ignorer les erreurs et maintenait la mémoire motrice tant que le niveau de réussite était stable. En d’autres termes, le cerveau commence à s’attendre à un certain niveau d’erreur et ne met pas à jour la mémoire motrice.

    Tout comme les joueurs de la NBA, les rats ont maîtrisé une compétence basée sur un modèle mental du fonctionnement du monde, qu’ils ont créé à partir de leur expérience physique avec la gravité, l’espace et d’autres indices. Mais ce type d’apprentissage moteur ne se transposerait pas facilement dans une situation où les signaux et l’environnement physique étaient différents.

    « Si tout cela changeait, par exemple, si Steph Curry était dans le monde d’Avatar, il pourrait ne pas avoir l’air aussi doué au départ », a déclaré Ganguly.

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    Et si Curry se faisait mal au doigt et devait apprendre à lancer des paniers un peu différemment ? L’étude a offert une réponse.

    « Il est possible de désapprendre une tâche, mais pour ce faire, vous devez stresser la situation à un point où vous faites des erreurs », a déclaré Ganguly.

    Lorsque les chercheurs ont apporté une légère modification à la tâche d’approvisionnement en granulés des rats, les rats faisaient plus d’erreurs et les chercheurs ont vu plus de bruit dans l’activité cérébrale des rats.

    Le changement était suffisamment petit pour que les rats n’aient pas à remonter jusqu’au début de leur apprentissage, seulement jusqu’au « point de rupture », et à réapprendre la tâche à partir de là.

    Mais parce que la mémoire motrice s’enracine dans un ensemble de mouvements qui se suivent dans le temps, a déclaré Ganguly, changer la mémoire motrice dans un mouvement complexe comme le lancer libre d’un ballon de basket pourrait nécessiter de changer un mouvement qui est utilisé pour lancer toute la séquence.

    Si Curry fait généralement rebondir un ballon de basket deux fois avant de le lancer, Ganguly a déclaré: « Il serait peut-être préférable de recycler le cerveau en ne le faisant rebondir qu’une ou trois fois. De cette façon, vous commenceriez avec une table rase. »

    Auteurs : Les autres auteurs de l’UCSF de l’étude incluent Jaekyung Kim du Département de neurologie et du service de neurologie et de réadaptation, Centre médical des anciens combattants de San Francisco, et Abhilasha Joshi et Loren Fran des Départements de physiologie et de psychiatrie et HHMI.

    Financement : Ce travail a été soutenu par la subvention VA Merit 1I01RX001640, les subventions 5K02NS093014 et K99NS119737 de l’Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux, la bourse de recherche de l’American Heart Association 831442

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