Pendant des décennies, on a pensé qu’une zone clé du cerveau ne faisait que réguler la locomotion. Aujourd’hui, un groupe de recherche du Biozentrum, de l’Université de Bâle et de l’Institut Friedrich Miescher pour la recherche biomédicale (FMI) a montré que la région est impliquée dans bien plus que la marche, car elle contient des populations distinctes de neurones qui contrôlent différents mouvements du corps. Les résultats pourraient aider à améliorer certaines thérapies pour la maladie de Parkinson.
Même l’acte banal de marcher nécessite des mouvements complexes tels que des changements posturaux et la coordination des quatre membres. Les scientifiques savent que la région locomotrice mésencéphalique, qui fait partie du mésencéphale, est impliquée dans la régulation de la marche et d’autres formes de locomotion chez de nombreuses espèces animales. Mais la fonction des neurones dans cette zone du cerveau restait controversée.
En jetant un regard neuf sur la région locomotrice mésencéphalique, des chercheurs dirigés par le professeur Silvia Arber, chef de groupe au FMI et au Biozentrum de l’Université de Bâle, ont caractérisé des populations distinctes de neurones impliqués dans des mouvements autres que la marche.
Les conclusions, publiées dans Cellule, appellent à repenser le rôle de cet élément clé du mésencéphale. “Il était surprenant que dans cette région, que tout le monde parmi les experts ait liée à la locomotion, de nombreux neurones ne soient pas réellement adaptés à la locomotion”, a déclaré Arber.
Deux populations de neurones actives pendant les mouvements du corps mais pas pendant la locomotion
Travaillant chez la souris, les chercheurs ont utilisé des techniques de pointe pour marquer et mesurer l’activité de différentes populations de neurones excitateurs dans la région locomotrice mésencéphalique. L’équipe a découvert deux populations de neurones entremêlées – l’une envoyant des projections neuronales jusqu’à la moelle épinière, et une autre se connectant dans la direction opposée à des parties d’une zone du cerveau appelée noyaux gris centraux. Les neurones connectés à la moelle épinière ont augmenté leur activité lorsque les souris se sont élevées, tandis que l’autre population est devenue active lorsque les animaux ont déplacé leurs membres antérieurs lors de comportements tels que le toilettage ou la manipulation d’objets. Mais seule une petite fraction de ces neurones s’est allumée pendant la locomotion, ont découvert les chercheurs.
Ensuite, l’équipe a utilisé une technique appelée optogénétique, dans laquelle les cellules cérébrales sont génétiquement modifiées pour répondre à la lumière, soit pour activer soit pour faire taire des populations spécifiques de neurones dans la région locomotrice mésencéphalique. Dans une série d’expériences, les chercheurs ont activé les neurones se connectant aux noyaux gris centraux pendant que les souris se déplaçaient.
En conséquence, les animaux se sont arrêtés pour marcher et tous les mouvements du corps ont calé. Au lieu de cela, lorsque les chercheurs ont activé les neurones qui se projettent vers la moelle épinière alors que les souris se tenaient immobiles, les animaux ont étendu leur tête et leurs membres antérieurs vers l’avant. Seulement dans certains cas, après avoir étendu leur corps, les rongeurs ont commencé à marcher. Lorsque ces neurones ont été réduits au silence, les chercheurs ont observé des réponses comportementales opposées.
Des travaux antérieurs du groupe Arber indiquent que les neurones de la région locomotrice mésencéphalique qui envoient leurs projections vers une zone du tronc cérébral appelée moelle sont impliqués dans le contrôle de la locomotion. La nouvelle étude suggère que ceux qui se connectent directement à la moelle épinière sont plutôt impliqués dans la régulation de l’extension du corps et des changements posturaux, qui sont probablement essentiels pour initier la locomotion.
De nouvelles possibilités dans le traitement des personnes atteintes de la maladie de Parkinson
En plus de renverser une idée de longue date sur le rôle de la région locomotrice mésencéphalique, l’étude pourrait également avoir des implications pour atténuer les problèmes de posture et de marche chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson qui ne répondent pas aux médicaments. La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative qui entraîne des tremblements, une raideur et des problèmes de contrôle de différents mouvements. Une thérapie expérimentale qui utilise une technique appelée stimulation cérébrale profonde – dans laquelle des impulsions électriques sont délivrées directement à la région locomotrice mésencéphalique des personnes atteintes de la maladie de Parkinson – a donné des résultats incohérents.
Alors que certains patients ont signalé de petits avantages, d’autres ont ressenti de nombreux effets secondaires. Les découvertes récentes d’Arber suggèrent pourquoi : l’application d’impulsions électriques à tous les neurones influence l’activité de populations neuronales distinctes de manière incontrôlée. Une meilleure stratégie serait de stimuler uniquement les neurones qui se projettent vers la moelle épinière ou la moelle, dit Arber. “Les approches thérapeutiques qui ciblent et activent des neurones spécifiques pourraient être très efficaces”, dit-elle.
Ensuite, l’équipe prévoit d’étudier le rôle de la région locomotrice mésencéphalique dans la sélection de l’action – un processus par lequel le cerveau “choisit” d’effectuer un mouvement particulier et inhibe les programmes moteurs conflictuels. “C’est excitant que cette région contrôle plus que la locomotion, il sera donc intéressant de comprendre comment les neurones que nous avons identifiés interagissent avec d’autres régions du cerveau impliquées dans le contrôle des mouvements”, a déclaré Arber.
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