Connectomique fonctionnelle du control postural – FuCPoC

Ce projet porte sur l’organisation des circuits nerveux qui contrôlent les mouvements. Plus précisément, il vise à comprendre comment le cervelet et les centres de commande motrice du tronc cérébral agissent ensemble pour contrôler la posture.

Le maintien postural et la mise en œuvre de mouvements harmonieux nécessitent que la force de chaque muscle soit continuellement ajustée à l'action motrice en cours d'exécution et aux conditions externes susceptibles d'altérer le mouvement. Or, chaque muscle est contrôlé, directement ou indirectement, par un empilement de centres de commande indépendants. Le cervelet est la seule structure se trouvant dans la position d’assurer une coordination motrice. D’une part il intègre des copies sensori-motrices de tout le corps et, d’autre part, projette en retour à tous les niveaux hiérarchiques du contrôle moteur. Néanmoins, les règles de connectivité entre afférences sensorielles, cervelet, et voies motrices descendantes permettant l’ajustement muscle à muscle restent à caractériser. Nous documenterons tout d’abord les hypothèses, soutenue par des résultats précédents et nos observations en cours, que i) des sous-groupes distincts de neurones descendants de la formation réticulée du tronc cérébral assurent chacun l’activation de groupes musculaires spécifiques et que ii) le cortex cérébelleux est organisé en microzones, chacune activée par des retours sensoriels proprioceptifs en provenance d’un muscle ou groupe de muscle spécifiques. Nous rechercherons ensuite, au sein des noyaux de sortie du cervelet, les neurones qui lient ces circuits sensoriels et moteurs muscle à muscle.

D’une part, nous utiliserons des marquages rétrogrades viraux, initiés depuis un segment médullaire ou groupe de motoneurone spécifique de muscles impliqués dans le maintien postural. Nos résultats préliminaires suggèrent l’existence d’une organisation modulaire des neurones descendants du tronc cérébral, notamment de populations de neurones réticulospinaux, permettant le contrôle rapide et individuel d’un muscle, ou groupe de muscles spécifique. D’autre part, à l’aide d’indicateurs fluorescents de l’activité neuronale, nous imagerons les activations des cellules principales du cortex cérébelleux en réponse à la mobilisation d’un faisceaux musculaire spécifique. Cela aboutira à une cartographie en microzones, possiblement organisées muscle-à-muscle, des champs récepteurs des fibres grimpantes responsables de l’apprentissage supervisé dans le cortex cérébelleux. Enfin, nous combinerons marquages antérogrades depuis ces microzones corticales, avec marquages rétrogrades trans-synaptiques depuis les neurones descendants. Cela révèlera, comment les noyaux de sortie du cervelet font l’interface entre processus d’intégration sensorielle et commande motrice. Nous faisons l’hypothèse qu’un neurone de projection du cervelet contrôle un seul groupe musculaire, mais à plusieurs niveaux hiérarchiques, en intégrant l’information venant du cortex cérébelleux.

Nos investigations anatomiques, centrales à ce projet, seront réalisées par une méthodologie combinant transparisation chimique de cerveaux entiers, microscopie à feuillet de lumière de pointe à haute résolution, et traçages anatomiques semi-automatisé. Cela permettra de reconstruire très précisément la position des neurones marqués, d’examiner une possible organisation somatotopique des voies révélées, de suivre les trajets axonaux de neurones individuels entre régions distantes, et de détecter des contacts synaptiques entre partenaires à l’échelle cellulaire.

Ce projet propose un nouveau regard sur l’architecture fonctionnelle du contrôle moteur, dont les différents acteurs, souvent étudiés indépendamment, doivent coopérer pour l’exécution de mouvements harmonieux. Ces données seront, à terme, instrumentales pour comprendre et remédier aux déséquilibres moteurs dans des conditions pathologiques affectant le cervelet ou les voies spinales ascendantes et descendantes.