Motoneurones et locomotion: encore plus complexes qu'on aurait pu le penser

Une recherche révolutionnaire publiée dans La nature Cette semaine montre que le rôle des neurones moteurs dans la locomotion est beaucoup plus compliqué que ce que les neuroscientifiques croyaient auparavant. Classiquement considéré comme un peu plus que des messagers, les motoneurones semblent prêts à recevoir une promotion.
De nouvelles recherches en déduisent que les neurones moteurs sont beaucoup plus importants dans le contrôle de la locomotion qu’on ne le pensait auparavant.

La complexité naturelle du système nerveux est à la fois impressionnante et déconcertante.

La science ébranle lentement les mystères des interactions complexes entre les cerveaux, les nerfs, les muscles et le monde dans lequel ils vivent. Le progrès est pas à pas, pouce par pouce, mais de temps en temps, un saut surprenant est fait.

La présente étude, menée par le professeur El Manira et son équipe du Karolinska Institutet en Suède, se penche sur le rôle des neurones moteurs.

La locomotion est une partie essentielle du répertoire comportemental d'un animal; sans elle, un animal pourrait littéralement être un canard assis.

La plupart des humains considèrent la locomotion comme acquise. Parce que la marche, le saut à la corde et la course à pied ont tous une remarquable fluidité naturelle, il n’est pas surprenant que nous leur accordions peu de considération au quotidien.

Notre facilité de locomotion cache sa complexité profonde et impénétrable. Mais, il suffit de regarder le combat que fait un robot face à des escaliers pour nous rappeler à quel point les mouvements planifiés peuvent être délicats.

Le rôle traditionnel du neurone moteur

Malgré la complexité de la locomotion, la plupart des schémas et des rythmes nécessaires sont stockés dans des circuits vertébraux. Le cerveau supérieur n'a besoin que d'être impliqué pour démarrer ou arrêter le mouvement, ou pour apporter des modifications si, par exemple, un obstacle apparaît dans le chemin.

Un générateur de motifs central dans la colonne vertébrale collecte des signaux provenant de sources multiples (centres cérébraux sensoriels et cérébraux supérieurs), puis transmet les commandes aux muscles via des neurones moteurs.

Les mouvements sont réinjectés dans la moelle épinière, et le cerveau supérieur et les ajustements nécessaires sont apportés. Dans ce scénario, le motoneurone a toujours été considéré comme un simple messager. Il transporte les informations mais ne modifie pas le texte en cours de route. Cette notion de base du neurone moteur semble devoir changer.

Recherche sur le poisson zèbre et jonctions lacunaires

L'étude du professeur El Manira a étudié les neurones moteurs chez le poisson zèbre. Ces poissons tropicaux d'eau douce sont souvent utilisés comme animaux de laboratoire; en fait, ils ont été le premier animal à être cloné.

Le poisson zèbre est utile à la science pour un certain nombre de raisons: elles sont peu coûteuses et faciles à entretenir, leur génome est entièrement cartographié et leurs comportements sont bien connus et compris; De plus, les embryons de poisson zèbre sont relativement gros et transparents et ils sont faciles à modifier génétiquement.

En utilisant diverses techniques et optogénétiques (une méthode qui permet de contrôler les cellules génétiquement modifiées par la lumière), les chercheurs ont sélectivement réduit au silence l’activité des neurones moteurs chez le poisson zèbre. Cela a permis à l'équipe d'observer en détail la fonction du neurone moteur pendant la locomotion.

Un nouveau rôle pour les neurones moteurs

Ces travaux sur le poisson zèbre modifié ont montré que, plutôt que les neurones moteurs délivrant fidèlement un message non édité de la moelle épinière au muscle, ils jouent un rôle plus détaillé. L’équipe a constaté, à leur grande surprise, que les neurones moteurs exerçaient une influence significative sur l’activité locomotrice via les jonctions lacunaires.

Les jonctions lacunaires sont une institution distincte de la synapse plus familière mais, comme les synapses, elles facilitent la communication entre les cellules; quand on les trouve dans les nerfs, ils sont aussi appelés synapses électriques. Une jonction lacunaire relie directement le cytoplasme de deux cellules permettant aux ions, molécules ou impulsions électriques de circuler.

El Manira explique les résultats:

"Nous avons maintenant découvert un rôle imprévu des motoneurones dans l'élaboration du programme final du comportement moteur.

Nos résultats inattendus démontrent que les neurones moteurs contrôlent le fonctionnement du circuit locomoteur de manière rétrograde via les jonctions lacunaires, de sorte que les neurones moteurs influencent directement la libération du transmetteur et le recrutement des interneurones excitateurs en amont. "

Plutôt que de transmettre aveuglément des informations de la colonne vertébrale aux muscles, les motoneurones ont ajouté leur propre couleur à la procédure. L'équipe a constaté que les jonctions lacunaires des neurones moteurs activaient et recrutaient les interneurones V2a qui sont vitales pour définir le rythme de la locomotion et son oscillation gauche-droite.

Il semble un peu banal de déclarer que les manuels devront être réécrits, mais cette découverte est certainement un changement majeur dans notre compréhension du rôle des neurones moteurs. Comme le dit le professeur El Manira:

"Cette étude représente un changement de paradigme qui conduira à une révision majeure de la vision à long terme du rôle des neurones moteurs. Les neurones moteurs ne peuvent plus être considérés comme de simples récepteurs passifs de commandes motrices - ils font partie intégrante des circuits. générer un comportement moteur. "

Bien que le poisson zèbre soit connu pour être un modèle fiable, des recherches plus approfondies sur des animaux supérieurs devront être effectuées avant que les fonctions précises de ce retour neuronal et de cette intégration ne soient pleinement révélées.

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