3. Interactions entre locomotion et respiration

Le modèle de la lamproie est également bien adapté pour l'étude des mécanismes neuronaux respiratoires, en particulier parce que l'ensemble de son tronc cérébral, qui contient le réseau respiratoire, peut être isolé in vitro avec un rythme respiratoire qui persiste pendant de nombreuses heures. Le modèle peut également être étendu à une préparation semi-intacte dans laquelle le tronc cérébral et les muscles branchiaux sont toujours liés au comportement respiratoire intact.

Comment fonctionne la respiration de la lamproie

Chez la lamproie, les muscles branchiaux qui font contracter les branchies et permettent à l'eau d'entrer et de sortir sont innervés par les motoneurones branchiaux du nerf facial, glossopharyngien et vague, homologues du noyau moteur facial et du noyau ambigu des mammifères. Ces motoneurones sont activés rythmiquement à une fréquence d'environ 1 Hz par un groupe de neurones situés rostralement dans le cerveau postérieur, près de la pointe rostro-latérale du noyau moteur du trijumeau, d'où son nom de groupe paratrigéminal (pTRG). Le pTRG est considéré comme le générateur du patron central de la respiration chez les lamproies.

Occasionnellement mais régulièrement, il y a des contractions plus fortes des branchies (pointes de flèches sur les traces de la figure) qui sont complètement indépendantes du pTRG, et qui sont activées par un groupe de neurones disposés plus ou moins diffusément dans la partie latérale du cerveau postérieur caudal, le groupe respiratoire caudal (CRG). Ce groupe caudal est situé dans une région du cerveau postérieur qui rappelle le complexe pré-Bötzinger des mammifères et certaines homologies entre les deux structures ont été proposées.

Interactions entre la locomotion et la respiration

Nos travaux sur le contrôle supraspinal de la locomotion et, plus précisément, sur la région locomotrice mésencéphalique (MLR) nous ont amenés à conclure que les activités respiratoire et locomotrice sont liées entre elles par des connexions au sein même du système nerveux central. Nous avons montré que les neurones de la MLR envoient des projections au générateur de patron central pour la respiration (pTRG décrit ci-dessus) et que la stimulation de la MLR augmente l'activité respiratoire avant même que l'activité locomotrice n'ait commencé. Nos résultats soutiennent la présence de fortes interactions proactives entre les centres neuronaux contrôlant les mouvements et ceux contrôlant la respiration. L'adaptation de l'activité respiratoire lors du mouvement (c'est-à-dire une augmentation du rythme respiratoire) peut ainsi résulter de telles interactions centrales. Il n'est peut-être pas si surprenant que les neurones contrôlant deux des activités motrices les plus fondamentales et les plus cruciales des vertébrés, la locomotion et la respiration, soient étroitement liés dans le système nerveux central.

Cette recherche est financée par le Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et Génie du Canada.