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Neurosciences : Déchiffrer le contrôle de la locomotion

L’équipe de Claire Wyart, à Institut du Cerveau (ICM) à Paris, utilise des méthodes pluridisciplinaires pour comprendre le rôle des circuits neuronaux de la moelle épinière durant la locomotion active. Le nouveau projet de recherche soutenu par la Fondation pourrait mener à de nouvelles stratégies cliniques pour les patients atteints de la maladie de Parkinson ou de lésions de la moelle épinière.

 

LUMIèRE SUR LA LOCOMOTION

Comment les signaux sensoriels sont-ils intégrés par les neurones pour assurer le bon fonctionnement des circuits moteurs ? Voici la grande question qui anime Claire Wyart, directrice de recherche à l’Institut du Cerveau et de la Moelle Epinière (ICM) à Paris.

Après avoir reçu la dotation du programme ATIP-Avenir de la Fondation en 2010, l’équipe de Claire Wyart est désormais un laboratoire de pointe qui combine génétique, biophysique, physiologie et comportement pour mieux comprendre la locomotion des vertébrés. Les déplacements et le maintien de la posture sont des fonctions essentielles à la survie des animaux, et leur contrôle neurologique reste plein d’énigmes.

Les chercheurs étudient les circuits de la locomotion chez la larve de poisson-zèbre. Ils ont développé de nombreuses technologies pour observer et diriger le développement et les migrations neuronales chez ce petit organisme transparent.

L’équipe a déjà réalisé d’importantes découvertes. Les chercheurs ont notamment révélé comment certains neurones, en contact avec le liquide cérébrospinal, détectent la courbure de la moelle épinière, et en retour modulent la locomotion et la posture.

 

COMPARER POUR MODéLISER : UNE ALLIANCE TRI-NATIONALE  

Au sein de son engagement pour la recherche en sciences de la vie et pour la santé humaine, la Fondation Bettencourt Schueller soutient Claire Wyart pour un nouveau projet de recherche sur quatre ans. Celle-ci mènera des expériences inédites sur les voies motrices descendantes, des neurones du tronc cérébral qui raccordent les hémisphères du cerveau à la moelle épinière afin de transmettre les ordres de locomotion et de posture.

Ces neurones descendants sont très mal connus et très difficiles d’accès chez les mammifères. L’utilisation de la larve de poisson-zèbre transparente rend possible de nombreuses explorations grâce à des outils de pointe optiques et génétiques, et l’équipe de Claire Wyart souhaite révéler comment se forment les neurones descendants. Ce réseau de neurones possède la particularité d’être capable de générer à lui seul l’activité locomotrice, indépendamment des commandes cérébrales et des retours sensoriels qu’il reçoit.

Pour mieux comprendre la locomotion non seulement chez le poisson-zèbre mais chez l’ensemble des vertébrés, Claire Wyart s’est associée à deux autres équipes de neuroscientifiques. La première, dirigée par le Professeur Dubuc, à Montréal, étudie les mêmes circuits neuronaux chez la lamproie, un animal aquatique ressemblant probablement à l’ancêtre commun de tous les vertébrés. La seconde équipe, dirigée par le Professeur Kiehn à Stockholm, est spécialiste de la souris, un modèle qui est plus proche de l’homme en termes de circuits neuronaux et de locomotion. Cette comparaison inter-espèces permettra de dessiner un modèle général de la façon dont les neurones du tronc cérébral se connectent à la moelle épinière et y organisent des circuits. Elle précisera également la manière dont l’information sensorielle rétroagit sur les neurones des commandes descendantes pour moduler leur activité durant la locomotion.

 

UN ESPOIR POUR TRAITER LA MALADIE DE PARKINSON

Ce projet collaboratif devrait mettre en lumière des principes d’organisation jusqu’ici inconnus des commandes descendantes en provenance du tronc cérébral vers la moelle épinière. De nouveaux modèles intégratifs du contrôle de la locomotion chez les vertébrés pourraient également être décrits.

Les résultats de ce projet pourraient inspirer de nouvelles stratégies cliniques pour le traitement des patients souffrants de la maladie de Parkinson ou de lésions partielles de la moelle épinière. Ces lésions sont principalement causées par un choc ou une collision, notamment les accidents de la route, mais aussi par une chute, une fracture ou une blessure au niveau des vertèbres.

Les découvertes des chercheurs à propos de l’identité, de l’organisation et du contrôle des neurones seront précieuses pour les développements thérapeutiques contre ces pathologies de la locomotion. Les résultats seront susceptibles de soutenir de nouvelles approches cliniques pour palier la déficience des circuits neuronaux, notamment la stimulation électrique ciblée du tronc cérébral ou le développement d’implants neuroprosthétiques pour améliorer la fonction locomotrice des patients.

 

En combinant des outils optogénétiques pour manipuler l’activité des neurones descendant du cerveau vers la moelle épinière, le soutien de la Fondation Bettencourt Schueller va nous permettre d’identifier le circuit et la connectivité de la structure méconnue dans le tronc cérébral des vertébrés. 

Claire Wyart

 

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    Inhibition dans le cerveau: l'activité collective des réseaux neuronaux dépend d'un équilibre subtil entre l'excitation et l'inhibition dans le cerveau. Il en va de même pour les circuits moteurs ou l'inhibition joue un rôle capital pour permettre le déploiement du mouvement. Crédit : Kristen Severi & Claire Wyart.

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    Neurones de commande: dans le tronc cérébral, des neurones captent les informations sensorielles ainsi que des centres de décision dans le cerveau et projettent a longue distance vers la moelle épinière ou ils déclenchent la locomotion. Crédit: Martin Carbo-Tano, Amin Benadjal, Claire Wyart.

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    Le but du projet de Claire Wyart est de révéler les rôles clés des neurones de commande dans l’intégration multisensorielle et le contrôle de la locomotion et de la posture. Nous illustrons ici une larve de poisson zèbre dans laquelle un neurone supraspinal dans le tronc cérébral est marqué et projette vers les centres générateurs de la locomotion dans la moelle épinière. Crédit: Martin Carbo-Tano, Amin Benadjal, Claire Wyart.

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