- Des chercheurs de Yale ont montré, dans une expérience sur des souris, que l’hippocampe peut regrouper pendant le sommeil environ 15 expériences non liées vécues au cours de la journée et les traiter au sein d’un seul événement de moins d’une seconde
- Ce phénomène est lié au codage génératif de l’hippocampe, qui permet au cerveau de basculer rapidement entre des représentations d’expériences différentes afin de traiter en parallèle plusieurs flux d’information
- L’expérience a enregistré l’activité des neurones hippocampiques pendant 19 h 30, durant lesquelles les souris se déplaçaient librement dans 15 contextes spatiaux, avec de longues phases de sommeil incluses
- Pendant le sommeil, des représentations compressées dans le temps de différentes expériences apparaissent en alternance au sein d’un même événement de preplay/replay, et des expériences indépendantes peuvent être reliées en épisodes plus longs de moins d’une seconde
- Un effet de position sérielle, où la première expérience et la plus récente sont représentées le plus fortement, a aussi été observé, ce qui évoque le fait que l’être humain retient mieux les premiers et les derniers éléments d’une liste
L’hippocampe traite ensemble les expériences de la journée pendant le sommeil
- Les humains comme les animaux vivent et mémorisent chaque jour de nombreuses expériences, et pendant le sommeil, les ensembles de neurones du cerveau rejouent ces expériences afin de consolider les souvenirs
- Ces mêmes ensembles de neurones peuvent aussi préjouer de futures expériences, participant ensuite à un encodage plus rapide de nouveaux souvenirs
- La plupart des travaux antérieurs se concentraient sur des situations où l’animal vivait une ou quelques expériences séquentielles, de sorte que la façon dont le cerveau traite simultanément de nombreuses expériences pendant le sommeil restait floue
- L’équipe de Yale a mis en évidence, dans l’hippocampe responsable de la mémoire et de l’apprentissage, une capacité de codage génératif permettant de regrouper, pendant le sommeil, les représentations d’environ 15 expériences non liées survenues au cours d’une journée dans une fenêtre de moins d’une seconde
- Les résultats ont été publiés dans Nature Neuroscience
Conception de l’expérience et activité pendant le sommeil
- Au cours d’une journée, les souris se déplaçaient librement dans 15 contextes spatiaux distincts, et les chercheurs ont enregistré l’activité des neurones hippocampiques pendant 19 h 30
- La période d’enregistrement comprenait de longues phases de sommeil
- Ces phases de sommeil ont servi à étudier l’activité hors ligne du cerveau animal sous l’angle du preplay et du replay des expériences
- L’analyse des données a permis d’identifier plusieurs modes de codage par lesquels l’hippocampe augmente sa capacité et son efficacité réseau pendant le sommeil, afin de traiter de multiples représentations d’expériences sans interférence
- Au sein d’un même événement de preplay/replay pendant le sommeil, il peut basculer comme par clignotement entre des représentations compressées dans le temps issues de deux expériences différentes ou plus
- Cette caractéristique augmente fortement la capacité de traitement parallèle de l’information sans interférence pendant le sommeil
- Des expériences indépendantes peuvent être regroupées en épisodes de preplay/replay plus longs, portant l’aspect séquentiel de leur ordre d’apparition
- L’ordre des expériences de la journée est compressé dans des épisodes de replay de moins d’une seconde
Réduire les interférences et distinguer les souvenirs
- Dans la vie quotidienne, de nouveaux contextes et événements surviennent sans cesse, et chaque expérience doit être encodée puis mémorisée plus tard en restant distincte, sans trop d’interférences avec les autres
- George Dragoi explique que l’on ignorait jusqu’ici comment le cerveau résout ce problème, et que les expériences l’abordant directement étaient en pratique très rares
- Les modèles computationnels supposaient que l’exposition à plusieurs expériences pouvait provoquer une interférence catastrophique entre les représentations cérébrales des expériences nouvelles et anciennes, au point de faire oublier les expériences antérieures
- Ces résultats soutiennent l’idée que l’hippocampe dispose d’une capacité de traitement comparable à celle d’un ordinateur, capable de traiter en parallèle différentes chaînes d’information tout en séparant ou en combinant leur signification
Effet de position sérielle et représentations générées en interne
- Le processus de représentation pendant le sommeil a aussi mis en évidence un effet de position sérielle
- La première expérience et la plus récente sont les plus fortement représentées pendant le sommeil de l’animal
- Cela rappelle le phénomène mnésique par lequel l’être humain se souvient mieux du premier et du dernier éléments d’une suite d’événements ou d’items
- Selon Dragoi, les mécanismes cérébraux identifiés sont liés à la manière dont se forment et s’expriment des représentations internes générées du monde, comme la mémoire, l’imagination ou l’intuition
1 commentaires
Commentaires Hacker News
C’est une méthode que j’ai commencée en licence et qui est devenue une vraie habitude en master/doctorat : quand une série de problèmes de maths sortait, je passais le soir 1 ou 2 heures à m’y confronter honnêtement, puis, si je bloquais, je passais rapidement à la suite et, au final, je n’en résolvais presque pas beaucoup
Ensuite je dormais au moins 7,5 heures, je prenais un café le matin, puis en y revenant je parvenais souvent à résoudre pas mal de problèmes, ou au moins à progresser
Je suis naturellement du matin, donc il peut y avoir un biais, mais je connais plusieurs personnes qui utilisent une stratégie similaire
Je n’essaie pas de les résoudre, et le lendemain matin, en général, des solutions possibles me viennent. Dans la vraie vie, ça marche bien, mais malheureusement pas en entretien
J’ai travaillé autrefois dans un endroit où il fallait absolument finir un ticket/une tâche avant de pouvoir passer au suivant ; pour tout un tas de raisons, c’était une politique complètement stupide
En revanche, vers 14 h, mon cerveau semblait passer en mode mémorisation : résoudre des problèmes devenait plus difficile que le matin, mais je retenais beaucoup mieux ce que je lisais
J’ai donc organisé mes activités d’apprentissage en fonction de cette tendance, et à 46 ans je ressens encore à peu près la même chose. Pour les problèmes difficiles, si je peux attendre le lendemain matin, une solution qui restait hors de portée la veille au soir me vient souvent facilement
J’essaie surtout de lire le soir, mais avec une vie de famille, on n’a pas toujours beaucoup de choix sur les horaires
Le rejeu hippocampique (hippocampal replay) était le sujet de ma thèse. Il a surtout été étudié chez les rongeurs, mais depuis, les études chez l’humain sont devenues bien plus nombreuses
Ma proposition de thèse était que la fatigue cognitive est une construction adaptative. Plutôt qu’un signal indiquant que le glucose est épuisé et que l’on ne peut plus fonctionner, c’est plutôt une suggestion faite à l’agent de passer « hors ligne » pour rejouer les expériences
Deux de mes co-auteurs ont écrit un article très influent qui formalise des équations de Q-learning pour le replay : https://www.nature.com/articles/s41593-018-0232-z
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22357941/
On dit que la formation hippocampique des colibris est, relativement au volume du télencéphale, bien plus grande que celle de tout autre oiseau étudié à ce jour. À mon avis, la capacité de « calcul » spatial de l’hippocampe consomme du glucose dans une sorte de « GeoPU » propre au colibri, lui permettant de penser non pas dans un espace vectoriel, mais dans un espace volumique 3D, ce qui rend très précises sa mémoire des lieux et des moments d’alimentation, ainsi que sa navigation en vol stationnaire
C’est un peu « calculer pour vivre, vivre pour calculer ». Les gens du GPU devraient étudier les colibris. Cela pourrait être particulièrement utile pour la recherche de chemins en IA avec perception par capteurs. Certains colibris migrent sur environ 2 000 miles, du Chili au Canada
https://www.hummingbirdsplus.org/nature-blog-network/ruby-th...
Il faut voir à quelle fréquence cette créature a besoin de se ravitailler en vol, et comment elle doit connaître l’itinéraire reliant le plus efficacement tous les points de ravitaillement sur 2 000 miles
https://i.imgur.com/3MvzmX9.png
Les colibris peuvent maintenir entièrement leur vol stationnaire, très énergivore, uniquement grâce au glucose ou au fructose ingérés de l’extérieur
https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111...
Grâce à des spécialisations de leur alimentation, de leur comportement et de leur physiologie métabolique, ils augmentent leur apport énergétique net et exploitent à la fois le fructose et le glucose à un niveau que les mammifères ne peuvent pas égaler. On peut imaginer le nombre d’ondes qui doivent circuler dans l’hippocampe pour un corps capable d’accélérations instantanées et d’un contrôle précis de l’altitude
Les colibris sont des créatures vraiment étonnantes, et il faudrait étudier la régulation du glucose via leur formation hippocampique plutôt que chez les souris
Pendant la Seconde Guerre mondiale, l’amiral Raymond Spruance de l’US Navy était célèbre pour son grand sang-froid en temps de crise, et il accordait beaucoup d’importance à un sommeil suffisant pour rester au meilleur de sa forme au combat
Même quand d’autres officiers restaient éveillés 36 à 48 heures d’affilée, lui lisait un roman puis dormait, sachant qu’il devait être au meilleur de sa forme pour assumer ses lourdes responsabilités
Il marchait aussi plus de 8 miles par jour, même en mer, faisait le tour du navire et discutait avec d’autres officiers des sujets du jour. Marcher est propice à laisser les problèmes tourner dans sa tête, ou à penser dans le vague pour donner à son subconscient de “l’espace” pour travailler
J’aimerais avoir cette capacité moi aussi, parce que je sais très bien à quel point mes performances se dégradent quand je ne dors pas assez
Au final, on subit le pire des deux mondes. On essaie de se coucher tôt, mais les rouages continuent de tourner dans la tête et on ne s’endort pas ; puis on s’énerve de ne pas dormir, ce qui rend l’endormissement encore plus difficile
À la limite, si j’étais resté éveillé quatre heures de plus, j’aurais au moins fait quelque chose ; au final je suis tout aussi fatigué, tout en ruminant le fait que je n’arrive pas à dormir
D’un côté, c’est presque le seul moment où je peux écouter quelque chose pendant environ une heure sans interruption ; de l’autre, comme tu le dis, il vaudrait peut-être mieux l’utiliser pour donner à l’esprit de l’espace pour travailler
J’ai eu la chance de pouvoir vivre en grande partie autour de l’inconscient, et j’ai consciemment décidé de laisser l’inconscient guider ma vie
Cette idée me vient de Le Corbusier[1], qui a un jour décrit son processus de travail comme une phase où il rassemble les détails d’un projet, une phase où il fait autre chose pendant que son inconscient traite le projet, puis enfin une phase où il s’assoit pour terminer le projet
L’inconvénient, c’est qu’on ne sait pas quand l’inspiration viendra ni quand on pourra exactement finir. C’est pourquoi je pense qu’il est important d’être bien organisé et de tout noter
Cela donne aussi du temps et de l’espace pour explorer des solutions possibles dans des domaines qui, en apparence, n’ont rien à voir. C’est une sorte de navigation zen pour travailler sur des projets
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Le_Corbusier
[2] https://www.goodreads.com/quotes/667285-he-had-a-tremendous-...
Ça m’a fait penser à la façon dont on décrit les écrivains ou les poètes : attendre que les idées arrivent, parfois attendre encore, et parfois avoir un éclair à partir d’un événement aléatoire
Une question que je me pose depuis longtemps, sans avoir trouvé d’étude solide, est de savoir si, juste après un apprentissage ou un entraînement, mental ou physique, il est optimal de dormir directement plutôt que de rester éveillé au repos
Si le sommeil est le meilleur état possible pour que le corps consolide les souvenirs et réduise la fatigue, il semble logique d’essayer d’entrer en état de sommeil autant que possible
La difficulté, c’est de s’endormir à volonté sans médicaments, mais je pense que la capacité à s’endormir rapidement peut s’apprendre
https://www.inc.com/melanie-curtin/want-to-fall-asleep-faste...
En général, à la fin d’une séance d’asanas de yoga, et parfois aussi entre les postures, on fait savasana, en se reposant dans une conscience ouverte. Mon professeur disait toujours que c’était la partie la plus importante du cours, celle qui permet à tout de s’intégrer
Quand j’ai commencé le Muay Thai, j’avais l’impression de beaucoup “perdre” de ce que j’avais appris en cours, et j’ai commencé à faire savasana dès que je rentrais chez moi. Dans un état proche de celui juste avant l’endormissement, mon cerveau rejouait le contenu du cours
Même quand je suis vraiment bloqué sur un problème de code, j’ai l’impression que faire 10 à 15 minutes de savasana puis revenir dessus m’aide
J’y proposais que la fatigue cognitive est une construction adaptative qui pousse les gens à passer offline pour rejouer les souvenirs, et qu’elle est optimale du point de vue de la théorie de la décision sous l’angle apprentissage/récompense
https://mayank-agrawal.com/papers/AgrawalMattarCohenDaw21.pd...
Je ferme les yeux et je laisse mon esprit vagabonder. C’est proche de l’étape qui précède l’endormissement. La plupart du temps, ce simple vagabondage de l’esprit suffit, mais parfois je m’endors aussi, et les deux états m’aident
L’année scolaire devrait être répartie sur toute l’année, avec des pauses plus fréquentes, plutôt que de longues coupures comme les vacances d’été
Ce serait plutôt bien que les élèves aient quelque chose comme un temps de sieste. Peut-être qu’une école privée pourrait essayer
Avec les années, j’ai appris à reconnaître, quand je bloque sur un problème, si c’est le genre de blocage qui se résoudra en dormant.
Même quand je n’ai actuellement aucune piste, je peux m’endormir avec la certitude qu’au matin, ce sera probablement débloqué.
Sinon, je me demande pourquoi ce n’est pas le cas, je le reformule, ou je le déplace vers une « wishlist », un niveau en dessous de la « roadmap ».
La créativité bénéficie de cette maturation : mettre quelque chose de côté un moment et voir quelles restructurations et nouvelles idées émergent.
Après l’avoir lu, je ne me souviens de rien, mais au réveil, cela apparaît comme par magie dans ma mémoire. Très utile.
Ressource liée : The Committee of Sleep: How Artists, Scientists, and Athletes Use Dreams for Creative Problem-Solving – https://en.wikipedia.org/wiki/The_Committee_of_Sleep
La conduite automobile, c’est pareil. Après avoir passé toute la journée à me cogner la tête contre un mur puis abandonné, c’est en rentrant chez moi au volant, dans un état un peu absent, que la solution, ou au moins un problème que je n’avais pas vu, me vient à l’esprit.
The Sleep Solution et Why We Sleep abordent aussi ce sujet. Ils soutiennent également que le sommeil paradoxal est un élément central de cette expérience.
L’analogie qui m’a été la plus utile est que le sommeil paradoxal serait le processus d’écriture des données du cache vers le disque dur. Au cours de ce processus, les données sont nettoyées et la surcharge émotionnelle qui y était attachée diminue.
Par exemple, si l’on a vécu un grand chagrin, en rêver est indispensable au processus pour le surmonter.
Les somnifères ou l’alcool suppriment le sommeil paradoxal.
La Seconde Guerre mondiale devrait être un exemple majeur de l’importance d’un sommeil suffisant. Dans les deux camps, plusieurs erreurs ont été commises à cause de dirigeants privés de sommeil pendant plusieurs jours.
L’amiral Kurita aurait peut-être pu pousser son avantage lors de la bataille de Samar, et l’amiral Halsey aurait peut-être évité les deux typhons rencontrés par sa force opérationnelle. Bien sûr, il est facile de taper cela assis ici, sans avoir subi l’immense pression de la guerre.
Le sommeil paradoxal est responsable des rêves et sert à comparer les expériences du cache avec le stockage à long terme. Si ma mémoire est bonne, en tout cas.
Mes rêves semblent se répartir grosso modo en 25/25/25/25 : expériences ordinaires du quotidien, rêves identiques ou très similaires, situations entièrement nouvelles, et rêves surréalistes où je me retrouve comme par magie dans des lieux et situations aléatoires.
J’ai toujours pensé qu’ils mélangeaient et réorganisaient des expériences passées et récentes, avec un peu de scénarios futurs hypothétiques en plus.
Le « clignotement » ressemble à un bon test A/B pour des hypothèses, et la relecture semble utile pour la mémorisation.
Dans les rêves plus hypothétiques, il m’arrive souvent de me rendre compte que je rêve, parce que la physique est bizarre ou que je ne ressens rien en me pinçant le visage ; du coup, je gâche peut-être un peu le processus. C’est peut-être aussi un trait d’INTJ.
Quand j’étais enfant, je me souviens que je pouvais m’en rendre compte et voler, mais ces temps-ci, je n’arrive plus vraiment à monter à plus de 10 mètres du sol. Comme si une limite de vitesse avait été activée.