Pourquoi le sommeil est important pour la mémoire ?
Ce texte d’Emma James, Ann-Kathrin Joechner et Beate E.Muehlroth, publié dans Frontiers for Young Minds en avril 2020, a été traduit de l’anglais et adapté par S.Desmidt, Marie Palu et G. Dehaene-Lambertz.
Résumé
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Nous sommes tous endormis. Alors que les adultes passent environ un tiers de leur temps à dormir, vous dormez encore plus lorsque vous êtes jeune. Cela ne signifie pas que les enfants et les adolescents sont paresseux. En fait, c’est lorsque vous ne dormez pas suffisamment que vous êtes fatigué, moins efficace et incapable de vous concentrer. Nous devons non seulement éviter ces conséquences d’un mauvais sommeil, mais nous devons également favoriser un bon sommeil. Un bon sommeil rétablit le corps mais aussi le cerveau, lui permettant de se réorganiser après une journée bien remplie.
Dans cet article, les auteurs examinent pourquoi le sommeil est particulièrement important pour la mémoire. La capacité d’apprendre et de se souvenir est extraordinaire pendant l’enfance et l’adolescence, le sommeil est donc particulièrement important à ces âges. Cet article explique les liens entre la maturation cérébrale et la maturation du sommeil et explique pourquoi le sommeil doit être considéré comme très important à l’école.
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À mesure que l’on se rapproche d’un examen, on a parfois l’impression qu’il y a tant à apprendre et qu’il reste si peu de temps. Alors pourquoi perdre du temps au lit ? Rester éveillé tard pour passer un peu plus de temps à apprendre peut sembler tentant, mais le sommeil est vital pour le corps et le cerveau. Il vous maintient en bonne santé et vous redonne de l’énergie afin que vous soyez alerte et actif le lendemain. Le sommeil donne également au cerveau le temps de se remodeler en fonction de vos besoins et de vos expériences. Le sommeil n’est pas seulement important pour la maturation du cerveau, mais aussi pour stabiliser les souvenirs. Les scientifiques ont montré que l’activité cérébrale pendant le sommeil permet de mémoriser de nouvelles connaissances et de se préparer à de nouveaux apprentissages le lendemain. Tout cela signifie que dormir est beaucoup plus efficace que d’essayer d’avoir une « nuit blanche » la veille d’un examen. Bien que cela soit important tout au long de la vie, le sommeil est beaucoup plus efficace pendant l’enfance et l’adolescence.
Figure 1 — Mesure du sommeil
LE SLEEPY
L’activité des neurones, des yeux et des muscles est mesurée à l’aide de capteurs (à gauche) et affichée sur un écran d’ordinateur sous forme de lignes ondulées (à droite). Pendant le sommeil léger (zone rose), les fuseaux (fuseaux en anglais) du sommeil sont visibles. Pendant le sommeil profond, c’est-à-dire le sommeil à ondes lentes, les muscles du menton se relâchent (la ligne devient plus plate) tandis que les courbes représentant l’activité cérébrale deviennent vraiment lentes et pleines (ondes lentes). Pendant le sommeil paradoxal ou avec des mouvements oculaires rapides (zone bleue), l’activité musculaire est la plus faible, l’activité cérébrale s’accélère et les yeux commencent à faire des mouvements rapides en zigzag.
Le cerveau endormi ne fait pas toujours la même chose. Une bonne nuit de sommeil passe par différentes étapes du sommeil. Ces stades sont classés en fonction des mouvements musculaires et oculaires et de l’activité des neurones (cellules cérébrales). Les scientifiques peuvent mesurer le sommeil en plaçant des capteurs près des yeux, sur le menton et sur la tête pendant que la personne dort (voir Figure 1). Parfois, l’activité des neurones est très rapide et chaotique, et ressemble à l’activité du cerveau éveillé. Les yeux bougent rapidement mais les muscles sont extrêmement détendus. Il s’agit du sommeil paradoxal (REM) ou du sommeil paradoxal (parce que le dormeur est très détendu mais son cerveau est très actif). Ce stade du sommeil est souvent associé à des rêves très vifs. Les autres stades du sommeil sont regroupés sous le nom de « sommeil sans mouvements oculaires rapides » (non-REM). Il comprend un stade de sommeil léger où des figures très reconnaissables sont observées sur l’électroencéphalogramme : « le sommeil fuseaux » (voir figure 1), et le sommeil profond où les neurones présentent une activité rythmique lente similaire aux vagues gigantesques de l’océan (figure 1), les vagues lentes. C’est pourquoi le sommeil profond non paradoxal est souvent appelé sommeil lentCERVEAU . Des fuseaux de sommeil légers et des ondes lentes signalent un remodelage cérébral, ce qui signifie que plus ces éléments sont présents, plus le cerveau se transforme.
LE CERVEAU EN RECONSTRUCTION
Le nouveau-né passe plus de temps à dormir qu’à se réveiller. Mais plus l’enfant vieillit, moins il dort. Ce n’est pas seulement la quantité de sommeil qui diminue au cours du développement, mais aussi et surtout l’équilibre entre les différents stades du sommeil. En général, avec l’âge, la proportion de sommeil paradoxal diminue alors que la proportion de sommeil léger non paradoxal augmente (Figure 2).
Figure 2 — Comment le sommeil change au cours de la vie.
Avec l’âge, nous sommeil de moins en moins et l’équilibre entre le sommeil paradoxal (REM) et le sommeil non paradoxal (non paradoxal) changent pendant l’enfance : Plus les enfants sont âgés, moins ils passent de temps dans un sommeil profond, également appelé sommeil lent (adapté de Roffwarg et al. Reproduit avec la permission de l’AAAS). Le sommeil paradoxal correspond à la période du rêve. Il est qualifié de paradoxal parce que le corps est totalement mou mais le cerveau très actif lorsqu’il est enregistré en électroencéphalographie (EEG) et les yeux bougent beaucoup sous la paupière d’où son nom anglais REM pour Rapid Eye Movement. De la petite enfance à l’adolescence, le cerveau change radicalement : de nouvelles connexions entre les cellules cérébrales sont établies, les connexions dont vous n’avez pas besoin sont supprimées et la communication d’informations le long d’importantes voies neuronales s’accélère. Il est essentiel de noter que lorsqu’une partie spécifique du cerveau est en cours de reconstruction, les neurones de cette région présentent une activité rythmique plus lente pendant le sommeil lent. En Suisse, par exemple, des scientifiques ont enregistré le sommeil de 40 enfants et jeunes adultes et mesurait leurs performances sur certaines tâches. Ils ont noté que les ondes de sommeil lentes étaient plus puissantes dans la région du cerveau responsable des compétences que les participants apprenaient, puis diminuaient dans cette région une fois les compétences acquises. Par exemple, à la fin de l’enfance, lorsque les enfants deviennent très forts pour effectuer des mouvements complexes, tels que le cyclisme, même avec les mains libres, les ondes lentes sont plus puissantes dans la région du cerveau responsable de l’exécution des mouvements. Lorsque les participants ont subi une IRM, les scientifiques ont également constaté que la couche externe du cerveau dans la même région était plus mince. Ces changements correspondent à des réglages de plus en plus précis que fait le cerveau pour effectuer des tâches plus efficacement. Ces relations entre les ondes lentes, les compétences et la structure cérébrale amènent les chercheurs à penser que l’observation des rythmes lents pendant le sommeil pourrait aider à comprendre comment le cerveau se développe.
Contrairement aux ondes lentes, qui diminuent à mesure que le cerveau mûrit, les fuseaux de sommeil qui caractérisent le sommeil léger non paradoxal deviennent plus nombreux et plus rapides tout au long de l’enfance et de l’adolescence. Certains scientifiques pensent que cette accélération reflète une communication plus rapide et plus efficace entre les différentes parties du cerveau. Dans l’une des études menées par Emma James, Ann-Kathrin Joechner et Beate E.Muehlroth, ils ont constaté que les enfants qui avaient connu la plus forte augmentation du nombre de fuseaux du sommeil sur une période de sept ans obtenaient de meilleurs résultats aux tests de QI à l’âge de 14 à 18 ans. Malheureusement, nous ne savons pas encore exactement à quoi correspondent ces fuseaux et comment ils contribuent au développement du cerveau.
De nombreuses études ont démontré que le sommeil peut vous aider à vous souvenir des nouvelles choses que vous apprenez. Certaines études ont même montré que les souvenirs peuvent s’améliorer avec le sommeil, sans qu’il soit nécessaire de poursuivre les études ! Par exemple, des chercheurs de l’Université York ont enseigné de nouveaux mots aux enfants âgés de 7 à 12 ans le matin ou le soir. Lorsque les chercheurs ont testé ils s’étaient souvenus 12 heures plus tard, ceux qui apprenaient le soir puis s’étaient endormis pouvaient se souvenir de plus de mots que les enfants qui restaient éveillés toute la journée. Ils se sont même souvenus de plus de mots qu’avant d’aller se coucher. Comment est-ce possible ?
Les scientifiques pensent que le cerveau possède deux systèmes d’apprentissage différents, l’un rapide et l’autre lent. Ces deux systèmes d’apprentissage peuvent être comparés au lièvre et à la tortue fable. Le lièvre se lance très rapidement dans sa course contre la tortue. Heureux de sa progression et sûr de gagner, il fait une sieste à mi-chemin, permettant à la tortue lente et régulière de le dépasser et de gagner la course. Un premier système d’apprentissage dans le cerveau est aussi rapide que le lièvre : il vous aide à apprendre de nouvelles informations très rapidement au cours de la journée et donne aux informations une longueur d’avance dans la mémoire. Le deuxième système d’apprentissage est beaucoup plus lent et plus sage, comme la tortue, et relie soigneusement les nouvelles informations à ce que nous connaissons déjà. Ce système d’apprentissage lent est gagnant-gagnant à long terme car il maintient de nouvelles informations pour l’avenir. Tout comme dans la fable, le système de mémoire de la « tortue » prend le relais pendant le sommeil, lorsque vous dormez.
Lorsque vous apprenez, l’hippocampe entre en jeu en premier. Il est le lièvre (voir figure 3 et cet article). Pendant le sommeil lent, l’hippocampe répète les informations qu’il a apprises au cours de la journée et les communique au néocortex, qui apprend lentement. De nombreux scientifiques pensent que le cerveau produit une séquence très spécifique d’ondes lentes, de fuseaux du sommeil et d’ondes très rapides dans l’hippocampe, pour permettre à ces deux systèmes d’apprentissage de communiquer. Cette communication renforce les souvenirs fragiles de la journée et les relie aux anciennes connaissances déjà stockées dans le néocortex. Des scientifiques belges ont montré que ce processus de renforcement de la mémoire peut se produire même pendant une sieste. Ils ont enseigné aux enfants âgés de 8 à 12 ans certaines significations « magiques » des objets manufacturés (par exemple, un objet peut voir à travers des portes, un autre peut arrêter la pluie), puis ont testé leur mémoire pour ces associations tout en mesurant l’activité cérébrale. Immédiatement après avoir appris, l’hippocampe a réagi aux significations apprises (les associations abordées dans cet article). La moitié des enfants ont ensuite fait une sieste de 90 minutes, tandis que l’autre moitié est restée éveillée. Lors d’un deuxième test de mémoire, seuls les enfants qui avaient dormi avaient une activité cérébrale corticale plus importante lorsqu’ils se souvenaient de la signification des objets. Ainsi, même une courte sieste contribue à renforcer la mémoire et à faire gagner la tortue.
Figure 3 — Comment le sommeil lent contribue au stockage de la mémoire.
ALORS, DORMEZ BIEN ET RÉVEILLEZ-VOUS EN PLEINE FORME ! L’hippocampe (en brun), petite structure située à l’arrière du cerveau, est le système d’apprentissage qui permet d’acquérir rapidement de nouvelles connaissances. Pour que ces nouveaux souvenirs soient stockés dans le cerveau sur le long terme, l’hippocampe les communique au néocortex (en vert) d’apprentissage lent, pendant le sommeil. En émettant une séquence d’ondes lentes (ligne verte), de fuseaux de sommeil (ligne rose) et d’ondes rapides (marron ligne), les deux régions se parlent, ce qui permet de relier de nouvelles informations à des connaissances plus anciennes déjà présentes.
Vous savez maintenant que dormir n’est pas une perte de temps. Au contraire, le sommeil permet à vos souvenirs de se consolider et de rester utilisables dans le futur. Le sommeil est essentiel pour permettre à votre cerveau de se réorganiser au fur et à mesure que vous grandissez et découvrez le monde. C’est grâce au sommeil que vous vous souvenez de toutes les nouvelles choses que vous apprenez. À long terme, les enfants qui dorment davantage obtiennent de meilleurs résultats scolaires et réussissent même mieux aux examens que les enfants qui se couchent tard pour étudier. Gardez un endroit important pour dormir et laissez votre cerveau travailler dur pendant que vous vous détendez la nuit.
Glossaire
Neurones : petites cellules nerveuses du cerveau qui stockent et signaux de transfert et informations.
Sommeil paradoxal (Rapid Eye Movement) : Phase du sommeil au cours de laquelle les yeux bougent rapidement et les muscles sont extrêmement détendus, souvent associés à des rêves très intenses.
Broches du sommeil : Brèves périodes d’activité accrue du cerveau qui permettraient une communication efficace entre les différentes parties du cerveau.
Sommeil à ondes lentes : Phase la plus profonde du sommeil non paradoxal, au cours de laquelle les neurones du cerveau présentent une activité rythmique lente (ondes lentes), considérée comme importante pour le stockage à long terme des souvenirs.
Néocortex : Les couches externes du cerveau qui sont censées stocker les connaissances à long terme.
Hippocampe : Structure cérébrale située au plus profond du cerveau qui permet l’apprentissage rapide de nouvelles informations.
Références
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