Un modèle informatique simple ouvre la lumière sur le cerveau endormi


Un modèle informatique simple ouvre la lumière sur le cerveau endormi

La science du sommeil a progressé à pas de géant au cours des dernières décennies. Cependant, de nombreuses questions difficiles restent sans réponse et sa fonction est loin d'être parfaitement comprise. Des recherches récentes donnent une nouvelle idée des capacités de traitement de la mémoire du sommeil.

Le sommeil est aussi mystérieux qu'il est essentiel.

Caractérisé par une conscience altérée, une activité sensorielle inhibée et une relaxation musculaire, pratiquement tous les animaux ont besoin de sommeil.

Les humains passent près d'un tiers de leur vie entière à dormir.

Passer une grande quantité de temps avec vos yeux fermés, ne pas répondre aux stimuli externes est un passe-temps dangereux; Surtout pour les animaux qui sont sur le menu pour les prédateurs locaux.

Pour que le sommeil ait évolué et conservé dans de nombreuses espèces, il doit être vital pour la survie d'un organisme.

Le sommeil est parfois considéré comme similaire à l'inconscience, mais c'est un état d'être entièrement différent.

Malgré les apparences extérieures, le sommeil est un temps neurologiquement occupé. La sortie électrique du cerveau s'élève et tombe dans une symphonie d'activité bien orchestrée.

La fonction du sommeil

Il existe un certain nombre de théories qui tentent d'expliquer ce qui se passe pendant le sommeil; Ces théories ne sont pas nécessairement mutuellement exclusives et, sans aucun doute, il existe d'autres fonctions que nous ne devons pas encore découvrir.

Certains scientifiques disent que le sommeil donne au cerveau une chance d'éliminer les déchets du liquide autour des cellules, y compris les protéines, telles que la beta amyloïde. En outre, le sommeil semble s'associer au système immunitaire pour augmenter les capacités de guérison. Par exemple, la guérison des plaies chez les rats est plus lente si elles sont privées de sommeil.

En outre, le sommeil a des liens profonds avec la mémoire. Une étude publiée en 2007 a révélé que, dans un groupe de participants privés de sommeil, la mémoire de travail a été réduite de 38%.

Les chercheurs ont constaté que les différentes étapes du sommeil et les modèles d'activité neuronale qu'ils créent jouent un rôle important dans la consolidation de la mémoire.

Une enquête récente, publiée en Biologie computationnelle PLOS , A entrepris de créer un modèle de calcul qui pourrait imiter ces modèles afin de mieux comprendre les fonctions mémoire du sommeil.

Modèles en sommeil

Certains modèles de sommeil reposent uniquement sur l'activité des neurones individuels, d'autres sont plus abstraits et moins détaillés; Les deux méthodes ont leurs avantages et leurs pièges. Au lieu de cela, l'équipe allemande a utilisé un modèle de masse neurale. Dans un modèle de masse neurale, l'activité d'un petit groupe de neurones est augmentée pour estimer le comportement de plus grands groupes de neurones.

Comme l'expliquent les auteurs: «les modèles de masse neurale représentent un compromis entre une approche de modélisation très détaillée et abstraite».

Dans les travaux antérieurs, les chercheurs - Michael Schellenberger Costa et Arne Weigenand de l'Université de Lübeck, en Allemagne - ont modelé l'activité du cortex dormant, la couche la plus externe du cerveau. Leur dernière étude a pour but de développer ce travail.

Les scientifiques ont récemment constaté que la consolidation de la mémoire proviendrait probablement de l'interaction entre le cortex et le thalamus.

Le thalamus est situé entre le cortex et le cerveau moyen et relie les signaux sensoriels et moteurs du corps au cortex. Il aide également à réguler la vigilance, la conscience et le sommeil.

On pense que les rythmes de sommeil sont générés dans le thalamus puis synchronisés en interagissant avec le cortex. Le thalamus semble jouer un rôle particulièrement important dans la production et le contrôle du sommeil lent (SWS).

Plus précisément, l'équipe voulait regarder l'activité cérébrale pendant les deuxième et troisième étapes du sommeil NREM - sommeil non-rapide des mouvements oculaires. Au cours de NREM, les lectures EEG sont particulièrement lentes mais avec une tension élevée. La respiration et le rythme cardiaque sont réguliers et lents, la pression sanguine diminue et aucun rêve n'a lieu.

Réplication de la consolidation de la mémoire

L'équipe a pu inclure le couplage thalamocortical (conversation entre le cortex et le thalamus) dans son dernier modèle et reproduire fidèlement les modèles de sommeil liés à la mémoire. Afin de confirmer l'exactitude des modèles qu'ils ont générés, ils ont réussi à correspondre à leurs modèles générés par ordinateur avec des données EEG d'une étude sur le sommeil humain.

Certaines techniques de stimulation (stimulation électrique et auditive transcranienne) sont connues pour améliorer la consolidation de la mémoire pendant le sommeil; Le modèle de l'équipe a également réussi à prévoir les effets EEG de ces techniques, ce qui confirme encore plus la précision du modèle.

Les auteurs écrivent:

Il est fascinant de voir qu'un modèle incorporant seulement quelques mécanismes clés suffit à reproduire les rythmes cérébrales complexes observés pendant le sommeil ".

Le modèle lui-même est relativement simple, ce qui signifie qu'il jouera un rôle très utile dans l'étude future de la consolidation de la mémoire. La science du sommeil est une noix difficile à craquer; La modélisation informatique est un outil précieux qui permet de gagner lentement les portes de la compréhension.

En savoir plus sur la façon dont le sommeil améliore la mémoire.

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Section Des Questions Sur La Médecine: Psychiatrie