Nouvelle cartographie des neurones impliqués dans la locomotion

Nouvelle cartographie des neurones impliqués dans la locomotion

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La marche est un mécanisme complexe impliquant à la fois des processus automatiques et un contrôle conscient. Son dysfonctionnement peut avoir des causes multiples, parfois extrêmement subtiles, au sein du cortex moteur, du tronc cérébral, de la moelle épinière ou des muscles. A l’Institut du cerveau de Paris, Martin Carbo-Tano, Mathilde Lapoix et leurs collègues de l’équipe « Signalisation sensorielle spinale », dirigée par Claire Wyart (Inserm), se sont intéressés à une composante spécifique de la locomotion : la propulsion vers l’avant.

Dans une étude publiée dans Neurosciences naturellesils montrent qu’il s’agit d’une région classiquement appelée région locomotrice mésencéphalique, qui contrôle la vigueur et la vitesse des mouvements et transmet le message nerveux à la moelle épinière via des neurones de contrôle situés dans le tronc cérébral.

Cette nouvelle cartographie réalisée chez le poisson zèbre corrobore les études récentes chez la souris. Elle pourrait éventuellement être étendue à l’humain, permettant ainsi de comprendre comment les circuits de contrôle des mouvements peuvent mal fonctionner, notamment dans la maladie de Parkinson.

Pour ceux qui ont la chance de marcher normalement, l’errance est un comportement tellement attendu qu’on considère à peine qu’il implique des processus complexes, en partie involontaires. “Les animaux se déplacent pour explorer leur environnement à la recherche de nourriture, d’interaction avec les autres ou simplement par curiosité. Mais la perception d’un danger ou d’un stimulus douloureux peut aussi activer un réflexe de fuite automatique”, explique Martin Carbo-Tano, chercheur postdoctoral. à l’Institut du Cerveau de Paris, explique.

Dans les deux cas, l’initiation du mouvement repose sur l’activation des neurones dits de contrôle réticulospinaux, qui forment un réseau entrelacé dans la partie la plus postérieure du cerveau, le tronc cérébral. Ces neurones relaient les signaux nerveux entre le cerveau et la moelle épinière et sont essentiels au contrôle moteur des membres et du tronc et à la coordination des mouvements.

En amont des neurones réticulospinaux se trouve la région locomotrice mésencéphalique (MLR), également essentielle à la locomotion puisque, chez les animaux, sa stimulation déclenche la propulsion vers l’avant. On le trouve chez de nombreux vertébrés, notamment les singes, les cobayes, les chats, les salamandres et même les lamproies.

“Comme le rôle du MLR est conservé chez de nombreuses espèces de vertébrés, nous supposons qu’il s’agit d’une région ancienne dans leur évolution, essentielle pour initier la marche, la course, le vol ou la natation”, ajoute-t-il. “Mais jusqu’à présent, nous ne savions pas comment cette région transmettait l’information aux neurones réticulospinaux. Cela nous empêchait d’avoir une vision globale des mécanismes qui permettent aux vertèbres de se mettre en mouvement et donc de pointer d’éventuelles anomalies dans leur fonctionnement. cette machine fascinante.

La station de pilotage ouvre ses portes

L’étude de l’initiation au mouvement est un peu délicate : les neurones situés dans le tronc cérébral ne sont pas facilement accessibles, et observer leur activité in vivo chez un animal en mouvement s’avère difficile. Pour résoudre ce problème, Martin Carbo-Tano a développé une nouvelle approche permettant de stimuler de minuscules zones du cerveau.

Avec Mathilde Lapoix, doctorante. étudiant dans l’équipe de Claire Wyart à l’Institut du cerveau de Paris, les chercheurs ont profité de la transparence du cerveau des larves de poisson zèbre pour localiser les structures impliquées dans la locomotion en aval du MLR et suivre la propagation de l’influx nerveux. Cette méthode, inspirée des travaux de leur collaborateur Réjean Dubuc de l’Université de Montréal, leur a permis de faire plusieurs découvertes remarquables.

“Nous avons observé que les neurones de la région locomotrice mésencéphalique sont stimulés lorsque l’animal bouge spontanément, mais également en réponse à un stimulus visuel. Ils se projettent à travers le pont, la partie centrale du tronc cérébral, et la moelle pour activer une sous-population de cellules réticulospinales. neurones appelés V2a”, explique Claire Wyart.

“Ces neurones contrôlent les détails les plus fins du mouvement, comme le démarrage, l’arrêt et le changement de direction. D’une certaine manière, ils donnent des instructions de direction. Des travaux antérieurs sur des souris avaient révélé que les neurones réticulospinaux contrôlaient la rotation ; Martin et Mathilde ont découvert le circuit de contrôle qui déclenche la locomotion vers l’avant.

Le mésencéphale, un concentré d’intensité

Pour mieux comprendre les effets de ce mécanisme sur les mouvements des larves de poisson zèbre, les chercheurs l’ont déclenché expérimentalement en stimulant la région locomotrice mésencéphalique. Ils ont observé que la durée et la vigueur du mouvement vers l’avant étaient corrélées à l’intensité de la stimulation.

“Les quadrupèdes peuvent adopter différentes allures, comme la marche, le trot ou le galop. Mais les animaux aquatiques marquent également des transitions de démarche”, ajoute Martin Carbo-Tano. “Nous pensons que le MLR a un rôle à jouer dans cette intensification des mouvements, que nous avons observée chez le poisson zèbre.”

Pour la première fois, ces travaux ont permis de cartographier les circuits neuronaux impliqués dans l’initiation du mouvement vers l’avant, une fonction déficiente chez les patients atteints de la maladie de Parkinson. Il s’agit d’une étape essentielle pour faire la lumière sur les mécanismes de contrôle moteur en amont de la moelle épinière.

Un jour, il sera peut-être possible d’identifier et de contrôler un à un tous les neurones réticulospinaux pour modéliser en détail le fonctionnement de la locomotion et réparer ceux qui ne fonctionnent pas correctement.

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