La frontière entre éveil et sommeil, une porte d’entrée vers la créativité

The borderland between wakefulness and sleep, a doorway into creativity

• Auteur / Autrice : Célia Lacaux
• Direction : Delphine Oudiette, Isabelle Arnulf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences cognitives
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Mazza
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mélanie Strauss, Raphaël Vallat, Emmanuelle Volle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Mazza, Joseph De Koninck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Créativité

Somnolence

Sommeil -- Physiologie

Neurosciences cognitives

Mots clés libres

Sommeil

Endormissement

Créativité

Mémoire

Narcolepsie

Eurêka

Sleep

Sleep-onset

Creativity

Memory

Narcolepsy

Eurêka

Résumé

Chaque nuit, nous empruntons un pont qui nous emmène du monde éveillé au monde du sommeil. De ce pont (symbolisant la phase d'endormissement), nous ne savons pas grand-chose, et pour cause. Sa traversée est furtive, et ne laisse que peu de souvenirs. De plus, les chercheurs du sommeil se sont désintéressés de cet état à la frontière entre éveil et sommeil, sans doute en raison de sa nature hybride et insaisissable. Pourtant, à y regarder de plus près, la phase d'endormissement apparaît comme une période riche et dynamique au cours de laquelle notre organisme subit d'importants changements. L'activité cérébrale ralentit, les muscles se détendent, et la réalité commence progressivement à se déformer, laissant alors place à des images oniriques qui se mettent à danser derrière les paupières. D'ailleurs, contrairement aux chercheurs, de nombreux scientifiques et artistes, parmi lesquels Thomas Edison et Salvador Dali, étaient fascinés par cette période en laquelle ils voyaient une réelle source d'inspiration. Ces derniers ont même imaginé une méthode pour capturer cet état intermédiaire et ses inspirations créatives avant qu'elles ne disparaissent dans les limbes du sommeil. Pour ce faire, ils réalisaient des siestes en tenant un objet dans leur main afin que ce dernier tombe bruyamment à l'endormissement, les réveillant ainsi à temps pour noter leurs idées/découvertes. Y a-t-il un semblant de vérité dans cette belle histoire ? Autrement dit, la phase d'endormissement est-elle propice à la créativité ? Cette question a constitué le fil conducteur de cette thèse. Notre hypothèse principale était que les états hybrides, à la frontière entre éveil et sommeil, favoriseraient la créativité. Nous avons testé cette hypothèse en examinant à la fois un état physiologique dans lequel le sommeil et l'éveil co-existent (la période d'endormissement, plus précisément le premier stade du sommeil, nommé N1), et un trouble du sommeil, la narcolepsie, dans lequel la frontière entre les deux états est encore plus fine qu'à l'accoutumée. Nous avons tout d'abord démontré l'existence d'une créativité plus élevée chez les patients narcoleptiques, suggérant un lien (indirect) entre un accès privilégié à la phase d'endormissement (causé par la somnolence diurne excessive des narcoleptiques) et le développement d'une créativité accrue au fil du temps. Par la suite, nous avons trouvé un lien direct entre le stade N1 et la créativité, puisqu'une seule minute de N1 suffisait à tripler la probabilité de découvrir un raccourci caché pour résoudre une tâche par rapport à une période d'éveil. De plus, cet effet bénéfique du stade N1 disparaissait lorsque les sujets atteignaient un sommeil plus profond (N2). Nous avons confirmé ces résultats par des analyses spectrales et découvert un ‘cocktail’ idéal pour la créativité (au-delà des stades de sommeil), composé d'un niveau intermédiaire d'alpha (un marqueur de la transition veille-sommeil) et d'un niveau faible de delta (qui signe la profondeur du sommeil). Nous avons ainsi révélé l'existence d'une zone propice à la créativité au sein de la période d'endormissement. L'atteindre nécessite de réussir à s'endormir aisément, mais pas trop profondément. Enfin, nous avons essayé d'étudier le lien théorique entre retraitement des souvenirs et créativité, en utilisant une nouvelle tâche conçue pour pouvoir évaluer ces deux fonctions cognitives au sein d'un même protocole expérimental. Malheureusement, la tâche créative s'est révélée être trop difficile (pas assez de solveurs) pour examiner le devenir de traces mnésiques suite à la résolution de problèmes. Néanmoins, nous avons constaté que les sujets qui avaient dormi uniquement en N1 présentaient un taux d'oubli de 10% des traces mnésiques préalablement encodées, alors que les sujets qui étaient passés en N2 montraient moins d'oubli. Étonnamment, ces deux dernières études mettent en lumière l'existence d'effets comportementaux distincts entre deux stades de sommeil [...]

Each night, we cross a bridge that connects the waking and sleeping worlds. We know very little about this bridge (symbolizing the sleep-onset period), as our passage is brief and leaves only a few fragmented memories behind. Moreover, sleep researchers have largely overlooked this twilight period, certainly owing to its ‘in-between’ and fleeting nature. However, upon closer examination, the sleep-onset period appears as a rich and dynamic time during which our body and mind undergo significant changes. Brain activity slows, muscles relax, and reality gradually distorts: dreamlike images begin to dance before the eyelids. In contrast to the research community, many scientists and artists, such as Thomas Edison and Salvador Dali, were fascinated by this rich period, seeing in it great potential, particularly for increasing their creativity. They even devised methods for capturing creative inspirations from this ‘genius gap’ before they vanished into the limbo of sleep. They would take naps while holding an object that dropped noisily as they dozed off, awakening them just in time to record some of their discoveries/ideas. Is there any truth in this seductive story? In other words, is the sleep-onset period conducive to creativity? This question will serve as the central theme of this thesis. Our main hypothesis was that hybrid states, at the borderland between wakefulness and sleep, would promote creativity. We tested this hypothesis by examining both a physiological state in which sleep and wakefulness coexist (the sleep-onset period, specifically the first sleep stage, named N1) and a sleep disorder, narcolepsy, in which the line between the two vigilance states is even finer than usual. We first demonstrated an increased creative potential in patients with narcolepsy, suggesting an (indirect) link between a privileged access to the sleep-onset period (caused by excessive daytime sleepiness) and the gradual development of creativity over time. Second, we found a direct link between the N1 stage and creativity, given that a single minute of N1 was sufficient to triple the probability of discovering a hidden shortcut to solve a task compared to a period of wakefulness. Additionally, this beneficial effect of the N1 stage disappeared when the subjects reached a deeper sleep (N2). We substantiated these results using spectral analyses and discovered an optimal cocktail for creativity (above and beyond sleep stages), consisting of an intermediate level of alpha (a marker of the wake-to-sleep transition) and a low level of delta (which signs sleep depth). We thus unraveled the existence of a ‘creative sweet spot’ within the sleep-onset period. Hitting this zone requires striking a balance between falling asleep easily and sleeping too deeply. Finally, we investigated the relationship between memory and creativity during sleep onset, using a newly-designed task that allowed us to evaluate these two cognitive functions within a single experimental design. Regrettably, the creative task was too difficult (not enough solvers) to assess the link between memory and creative problem-solving. However, we found that subjects who slept exclusively in N1 exhibited a 10% forgetting of previously encoded individual memory traces, whereas subjects who transitioned to the N2 stage showed less forgetting. Intriguingly, these last two studies both show distinct behavioral effects between two seemingly close sleep stages (N1 and N2). These parallel findings may suggest a link between memory processing (and possibly the pruning of irrelevant information) and the N1-induced boost in creativity. But more importantly, they emphasize the importance of distinguishing the N1 and N2 stages in future research, as they appear to have distinct effects on cognition. Overall, our findings indicate that critical cognitive processes occur during sleep onset. Notably, we found that this period constitutes a doorway into creativity, which neuroscientists [...]