On connaissait l'importance jouée par le sommeil dans l'apprentissage moteur (apprentissage de séquences de mouvements), mais on en savait moins sur les régions et réseaux du cerveau impliqués dans le processus de consolidation de ce type de mémoire.

Des chercheurs de l'Université de Montréal mettent en avant le rôle clé joué par les régions sous corticales du cerveau dans ce mécanisme mnésique. Ces régions correspondent aux zones situées sous le cortex. De façon importante, elles interagiraient de façon plus efficace après une nuit de sommeil.

« Les régions sous-corticales sont très importantes dans la consolidation de l'information, surtout celle reliée à une trace mnésique motrice. Lorsque le niveau de  consolidation est mesuré après une période de sommeil, le réseau cérébral composé de ces régions fonctionne avec une meilleure synchronie, c'est-à-dire qu'on observe que la communication entre les différentes régions de ce réseau est plus optimale. Ce qui n'est pas le cas lorsqu'il n'y a pas eu de période de sommeil », déclare Karen Debas, neuropsychologue à l'Université de Montréal et première auteure de l'étude. On parle de réseau lorsque plusieurs régions cérébrales s'activent simultanément.

Pour parvenir à ces résultats, les chercheurs, dirigés par le Dr Julien Doyon, directeur scientifique de l'Unité de neuroimagerie fonctionnelle du Centre de recherche de l'Institut universitaire de gériatrie de Montréal, ont fait apprendre à un groupe de sujets une nouvelle séquence de mouvements de doigts, de type piano, sur un boitier. Le cerveau de ces sujets a été observé à l'aide de l'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle, lorsqu'ils réalisaient cette tâche, avant et après une période de sommeil. En parallèle, les même tests ont été réalisés chez un groupe contrôle en début et fin de journée, sans phase de sommeil.

Les chercheurs avaient déjà démontré que le putamen, une partie centrale du cerveau, était plus activé chez les sujets qui avaient dormi. Parallèlement, ils avaient constaté une amélioration de performance à la tâche après la nuit de sommeil et non après le simple passage du temps. En utilisant une technique d'analyse de connectivité cérébrale, qui vise à identifier des réseaux cérébraux et à mesurer leur niveau d'intégration, ils ont constaté qu'un réseau se dégageait des autres : le réseau cortico-striatal, composé des régions corticales et sous-corticales, incluant le putamen et les régions corticales associées. « Après la nuit, on observe que ce réseau est plus intégré que les autres, c'est-à-dire que l'interaction au sein des régions du réseau est plus forte lorsque la consolidation a eu lieu. La nuit semble permettre une protection active de ce réseau, ce que le passage du temps durant la journée ne permet pas. D'ailleurs, c'est seulement la nuit de sommeil qui laisse place à une meilleure performance à la tâche », a ajouté Mme Debas.

Ces résultats permettent de mieux comprendre le rôle joué par le sommeil dans l'apprentissage d'habiletés motrices nécessitant une nouvelle séquence de mouvements et révèlent, pour la première fois, une plus grande interaction entre les régions du système cortico-striatal à la suite d'une phase de consolidation, après le sommeil. « Nos résultats sont une porte d'ouverture sur d'autres possibilités de recherche, pouvant nous mener à mieux comprendre les mécanismes prenant place durant le sommeil et qui rendent possible cette meilleure interaction entre les régions clés du cerveau. De fait, plusieurs autres travaux de mon laboratoire étudient le rôle des fuseaux, lesquels correspondent à de courts évènements physiologiques générés dans les phases lentes du sommeil, dans le processus de consolidation d'une trace mnésique motrice », déclare le Dr. Doyon. « À terme, nous croyons que nous serons en mesure de mieux expliquer et agir sur les difficultés de mémoire que présentent certaines populations cliniques qui ont des problèmes de sommeil et d'aider les patients qui réapprennent des séquences motrices en centres de réadaptation», conclut Mme Debas.

À propos de cette étude : 
L'article Off-line consolidation of motor sequence learning results in greater integration within a cortico-striatal fonctional network a été publié dans la revue NeuroImage le 17 mai 2014 (publication en ligne). L'étude était menée par Karen Debas, sous la supervision de Julien Doyon. Tous deux sont affiliés au Département de psychologie de l'Université de Montréal. Julie Carrier, Marc Barakat, Guillaume Marrelec, Pierre Belec et Abdallah Hadj Tahar, chercheurs à l'Université de Montréal, Avi Karni, chercheur à l'Université d'Haïfa, Leslie G. Ungerleider, chercheure au National Institute of Mental Health (USA) et Habib Benali, chercheur à l'Université Paris VI, ont également contribué à ces études. Ces travaux ont bénéficié de financements des Instituts de recherche en santé du Canada et du Fonds de recherche du Québec en santé.

Relations avec les médias :
Benjamin Augereau
Attaché de presse - Université de Montréal
Tél. : 514-343-6796