Corrélats neurophysiologiques de l'évolution et du développement des stratégies de stabilisation du regard pendant la locomotion chez les vertébrés – Locogaze

Le maintien de l'acuité visuelle est vital pour la plupart des animaux afin de localiser les sources de nourriture, repérer des prédateurs ou leurs congénères et s'orienter dans leur environnement. La stabilisation du regard pendant la locomotion dépend de plusieurs systèmes sensorimoteurs convergents dont les réflexes vestibulo-oculaires et optocinétiques, supplémentés par les réflexes vestibulo- et opto-colliques chez les animaux dotés d'un cou mobile. En utilisant un modèle de vertébré inférieur (l'amphibien Xenopus laevis), nous avons qu'en plus des entrées visuo-vestibulaires, une copie efférente centrale de la commande locomotrice spinale est envoyée aux centres oculomoteurs afin de participer à l'ajustement compensatoire du regard pendant la locomotion. Cette découverte remet en question la vision traditionnelle de la stabilisation du regard qui a été jusqu'à présent exclusivement attribuée aux transformations sensori-motrices de signaux générés par les mouvements du corps et de la tête. Nous proposons ici d'étudier dans un contexte ontogénétique et phylogénétique les corrélats cellulaires et la dynamique développementale de ce mécanisme inédit, précédemment soupçonné mais jamais démontré chez les vertébrés supérieurs.
Deux modèles animaux complémentaires seront utilisés permettant un large éventail d'approches allant du comportement au niveau cellulaire. Le xénope permettra d'étudier l'adaptation développementale de ce mécanisme pendant la métamorphose, quand l'animal passe de la locomotion ondulatoire à la locomotion quadrupède. En outre, sa simplicité relative par rapport aux mammifères permettra une étude plus approfondie des mécanismes cellulaires et synaptiques sous-tendant les interactions loco-vestibulo-oculomotrices. La souris est intéressante en ce sens qu'elle présente une plus grande complexité dans le contrôle du regard puisque les mouvements du corps, contrairement aux grenouilles, ne sont que partiellement transférés dans des mouvements de tête. Nos expériences préliminaires ont montré que chez ce vertébré supérieur également, le réseau locomoteur spinal exerce une influence sur le système oculomoteur, ce qui plaide en faveur d'un mécanisme ubiquitaire chez les vertébrés en général. Le modèle de la souris permettra également l'utilisation d'outils avancés non encore disponibles chez le xénope, comme l'accès à des animaux transgéniques vestibulo-déficients ou des techniques de traçage neuronal viral.
Les deux laboratoires partenaires impliqués dans ce projet ont une complémentarité scientifique et technique importante qui garantira une recherche collaborative et efficace en étroite synergie. Après une analyse comportementale des mouvements locomoteurs et oculaires chez nos deux modèles (posturographie 3D; caméras vidéo haute vitesse), nous utiliserons des préparations isolées in vitro ou semi-intactes afin d'identifier les voies spino-oculaires responsables de la transmission de la copie d'efférence spinale, ainsi que les mécanismes neuronaux de son influence sur les noyaux moteurs extraoculaires. Enfin, nous avons récemment démontré chez le xénope que certaines entrées vestibulaires sont filtrées par la copie d'efférence pendant la locomotion. Nous étudierons donc les mécanismes cellulaires et synaptiques qui sous-tendent l'interaction entre cette copie d'efférence et les entrées sensorielles vestibulaires.
En conclusion, par des approches comportementales et intégrées, neuroanatomiques, d'imagerie fonctionnelle et d'électrophysiologie extra et intracellulaire, notre projet fournira une meilleure compréhension des mécanismes adaptatifs des intégrations sensori-motrices et du contrôle du mouvement en général, et contribuera à comprendre certaines pathologies du contrôle du regard liées notamment à des déficits vestibulaires.