1. Contrôle supraspinal de la locomotion - Locomotion dirigée vers un objectif et centres locomoteurs

Cet aspect de notre recherche vise à mieux comprendre les mécanismes cellulaires sous-jacents au contrôle supraspinal de la locomotion chez les vertébrés. Nous examinons comment les entrées sensorielles déclenchent l'activité locomotrice chez un vertébré basal, la lamproie. Nous cherchons également à identifier le rôle des différentes régions du système nerveux central impliquées dans le contrôle et l'initiation de la locomotion. Les régions locomotrices supraspinales jouent un rôle clé dans la locomotion dirigée vers un objectif où les signaux internes fournissent le signal de déclenchement de la locomotion. Nous examinons également les mécanismes par lesquels la locomotion est initiée et contrôlée par des entrées sensorielles ainsi que par des signaux internes liés aux fonctions biologiques de base telles que l'alimentation, l'exploration et la reproduction. Étant donné que l'organisation anatomique et physiologique générale du système nerveux central est hautement conservée entre les différentes espèces de vertébrés, les informations acquises chez la lamproie fournissent des connaissances utiles applicables à d'autres vertébrés, y compris les humains.

La locomotion dirigée vers un objectif et centres locomoteurs

La locomotion dirigée vers un objectif nécessite l'activation de réseaux neuronaux génétiquement prédéfinis dans la moelle épinière et le cerveau. Alors que les réseaux neuronaux de la moelle épinière sont responsables de générer la synergie locomotrice de base, les réseaux neuronaux impliqués dans l'initiation et la modification de l'activité locomotrice en lien avec les conditions environnementales sont situés au-dessus de la moelle épinière. Un de ces centres de contrôle locomoteur est situé dans le mésencéphale et a été appelé la région locomotrice mésencéphalique (MLR). Cette région a été découverte pour la première fois chez les mammifères, puis retrouvée chez toutes les espèces de vertébrés étudiées à ce jour. Ce qui est le plus remarquable en lien avec la MLR, c'est qu'elle induit non seulement la locomotion, mais aussi contrôle son intensité un peu comme un rhéostat. Par contre, les mécanismes cellulaires pouvant expliquer cet effet nous échappent encore. Pour analyser ce problème au niveau cellulaire, le modèle de la lamproie est plus favorable que ceux des vertébrés plus récents comme les mammifères, en raison de sa relative simplicité.

Nous profitons du modèle de la lamproie pour étudier comment la MLR active les cellules réticulospinales du tronc cérébral pour déclencher la locomotion. Par exemple, nous avons identifié:

Le recrutement des cellules réticulospinales après stimulation de la MLR

Nous avons récemment identifié différentes populations de neurones réticulospinaux dans le tronc cérébral en fonction de leur mode d'activation au cours de la locomotion induite par la stimulation de la MLR. Une première population de cellules est activée au début de la locomotion, une autre est activée tout au long de l’épisode locomoteur, et une troisième population est activée à la fois au début et à la fin de l’épisode locomoteur. Plusieurs données recueillies au cours de nos études indiquent que cette dernière population est impliquée dans l'arrêt de la locomotion. Nous poursuivons actuellement des recherches pour caractériser les afférences provenant de la MLR vers les cellules réticulospinales impliquées dans le contrôle de la locomotion. Nous regardons aussi du côté des cibles spinales des cellules réticulospinales.

Les connexions anatomiques impliquées et le rôle des différents neurotransmetteurs

Cette information est fondamentale pour notre compréhension de la façon dont le système nerveux initie et contrôle le comportement locomoteur. Transposées à des vertébrés plus récemment évolués comme les mammifères, nous pensons que ces connaissances seront à terme importantes pour élaborer des stratégies de restauration de la fonction normale chez les patients atteints de troubles moteurs. La MLR est actuellement une cible de choix pour la stimulation cérébrale profonde afin d'améliorer la fonction locomotrice chez les patients atteints de la maladie de Parkinson ainsi que chez les patients atteints de lésion médullaire partielle. Il est donc crucial de comprendre les mécanismes complexes par lesquels la MLR fonctionne.

Il est également essentiel de comprendre les inputs de la MLR. Nous avons récemment décrit une projection directe du tubercule postérieur (PT dans la figure ci-dessus) vers la MLR. Le tubercule postérieur est particulièrement intéressant car il contient des neurones homologues aux neurones dopaminergiques de la substance noire de l'humain et autres mammifères. Nous avons récemment montré que les mêmes neurones dopaminergiques qui projettent vers le striatum et qui sont compromis dans la maladie de Parkinson projettent également caudalement vers la MLR et jouent un rôle dans la modulation des mouvements locomoteurs.

Cette recherche est financée par les Instituts de Recherche en Santé du Canada.