CE37 - Neurosciences intégratives et cognitives

Dynamiques des interactions baso-corticales pendant le sommeil dans l'apprentissage sensorimoteur – SleepinBrainDyn

Résumé de soumission

Durant notre vie, nous exécutons des tâches exigeant une motricité fine acquises par la pratique, comme faire du vélo, jouer de la guitare ou même parler. La parole repose sur un apprentissage sensorimoteur au cours duquel un bébé découvre les actions à exécuter pour dire un nouveau mot par exploration motrice et perception de ses propres actions. Les ganglions de la base (BG) pourraient permettre la détection des erreurs et ainsi guider cet apprentissage par essais/erreurs. Les BG contrôlent les adaptations comportementales qui seraient ensuite lentement incorporées dans les réseaux corticaux prémoteurs en aval, notamment grâce à la boucle cortico-sous-corticale des BG. Ici, nous supposons que la stabilisation corticale opérée par les BG se produit pendant le sommeil par l’implication de processus actifs, telle qu’une coordination d’ensembles neuronaux du réseau BG-cortical, celle-ci étant un substrat neurophysiologique possible pour l’imprégnation à long terme de tâches motrices récemment acquises.
Pour comprendre la dynamique du réseau BG-cortical pendant l'apprentissage moteur et l'impact du sommeil sur celle-ci, nous étudions l'acquisition du chant chez l'oiseau chanteur. C’est une forme naturelle d'apprentissage sensorimoteur similaire à l'acquisition de la parole humaine et au cours duquel un oisillon apprend à imiter le chant d’un adulte (un tuteur). Les oiseaux chanteurs possèdent un réseau de noyaux cérébraux dédiés au chant, dont une boucle BG-thalamo-corticale, et qui partage des analogies avec les aires cérébrales impliquées dans le langage humain. Le sommeil de ces oiseaux présente de plus des caractéristiques semblables à celui des mammifères et semble jouer un rôle important dans l'apprentissage du chant. Les oiseaux chanteurs sont donc un modèle particulièrement adapté pour comprendre les bases neurobiologiques de l'apprentissage moteur et le rôle du sommeil.
Nous émettons l'hypothèse que le sommeil joue un rôle essentiel dans la réorganisation dynamique du réseau BG-cortical et la consolidation du chant. Nous supposons que des événements durant l'apprentissage (chants produits par le jeune, exposition aux chants du tuteur) ont un impact sur l'activité hors ligne (phases de sommeil et/ou de repos) dans le réseau BG-cortical. L'activité hors ligne, sous forme d’ondes lentes synchronisées, d’oscillations à haute fréquence ou de réactivation de bouffées de potentiels d’action dans l'ensemble du réseau, pourrait consolider l'adaptation des chants par les BG dans les noyaux prémoteurs. On s'attend donc à d’importants changements de coordination d'activité dans les assemblées neuronales du réseau BG-cortical pendant l'apprentissage.
Nous réaliserons des expériences longitudinales, en analysant les changements quotidiens de dynamiques dans le réseau BG-cortex au niveau neuronal et en les mettant en relation avec les paramètres acoustiques et les performances d'apprentissage du chant. Nous effectuerons des enregistrements extracellulaires simultanés à grande échelle des BG et noyaux corticaux. Nous mènerons des expériences pour établir des relations de cause à effet entre les périodes d'activité des BG et les performances d'apprentissage du chant en perturbant de façon chronique les oscillations à haute fréquence chez des oiseaux endormis et en évaluant leur impact sur l'apprentissage du chant.
Nous révélerons ainsi comment la synchronisation pendant le sommeil entre différentes aires cérébrales impliquées dans l'apprentissage sensorimoteur sous-tend la consolidation de l'apprentissage des tâches motrices. La recherche proposée se situe à l'interface entre des questions fondamentales pertinentes pour la compréhension des processus neurobiologiques liés au sommeil et mis en jeu lors d’apprentissage moteur complexe et des questions pathologiques pour l'évaluation de l'impact, tant au niveau neuronal que comportemental, d’une altération de ces processus.

Coordination du projet

Nicolas GIRET (Institut des Neurosciences Paris Saclay)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Neuro-PSI Institut des Neurosciences Paris Saclay
University of Zürich / Institute of Neuroinformatics
IMN Institut des Maladies Neurodégénératives

Aide de l'ANR 384 382 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2021 - 48 Mois

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