Integration multimodale et plasticité des motoneurones extraoculaires – MOTOC

Hypothèses de recherche. L’efficacité de la locomotion est tributaire de la capacité à corriger les effets perturbateurs des mouvements du corps sur la stabilité de l’image rétinienne concomitante. Ainsi l’activité locomotrice est toujours accompagnée de mouvements oculaires de stabilisation du regard, qui résultent de l’interaction synergiste des signaux sensoriels rétroactifs et des signaux internes proactifs. Cette intégration s’opère dans des circuits du tronc cérébral dédiés et assure la transformation appropriée de signaux multimodaux en commande motrice des mouvements compensatoires des yeux. Tous ces signaux rétro- et proactifs convergent vers les motoneurones extra-oculaires avec un patron spatio-temporel qui reste à ce jour inconnu. Notre hypothèse propose que cette intégration neuronale se fasse à travers des groupes de motoneurones fonctionnellement distincts qui forment des éléments fréquence-dépendant, chacun avec des caractéristiques physiologiques et des capacités de traitement du signal bien spécifiques. La maturation fonctionnelle de ces éléments moteurs dépend en grande partie de l’acquisition différentielle mais néanmoins réciproque de la sensibilité sensorielle et de l’aptitude locomotrice.
Objectifs. Nous allons caractériser les profils d’activité des motoneurones extra-oculaires et manipuler les entrées sensorielles (vestibulaire et visuelle), séparément ou combinées avec l’activité locomotrice afin de 1) démontrer l’organisation des noyaux moteurs extra-oculaires en sous-groupes fonctionnels responsables de commandes motrices spécifiques et 2) démontrer leur interaction réciproque pendant l’ontogénèse des fonctions sensorimotrices.
Mise en œuvre scientifique et technique. La réorganisation du schéma corporel pendant la métamorphose de l’amphibien Xenopus laevis requiert un ajustement constant de la transformation sensorimotrice spatio-temporelle produisant les mouvements compensatoires oculaires adéquats, indépendamment du style locomoteur. Nous étudierons la plasticité du fonctionnement des motoneurones extra-oculaires pendant la formation des circuits et le changement de système locomoteur, d’une nage axiale ondulatoire chez larve à une nage tétrapode chez le juvénile. Pour explorer l’ensemble des changements morpho-fonctionnels, nous utiliserons une combinaison de techniques telles que l’enregistrement extracellulaire de nerfs, intracellulaire (patch-clamp) de motoneurones, l’imagerie calcique, le traçage neuronal et l’immunohistologie, ainsi que la modélisation et les manipulations génétiques et pharmacologiques des entrées sensorielles vestibulaires ou des combinaisons conflictuelles de stimuli visuels en réalité virtuelle, couplées à des enregistrements vidéographiques à haute vitesse des mouvements des yeux.
Résultats attendus. Notre approche combinée, expérimentale et computationnelle, souhaite démontrer l’existence de plusieurs sous-populations fonctionnelles de motoneurones extra-oculaires : 1) des motoneurones avec des propriétés toniques, répondant seulement à des stimuli sensoriels aux dynamiques lentes et avec une maturation en lien avec le développement des réflexes oculaires visuel et otolithiques ; 2) des motoneurones de type phasique, répondant seulement à des stimuli vestibulaires rapides et aux signaux de copie d’éfférence locomotrice et avec une mise en place tardive, concomitante à l’apparition du réflexe vestibulo-oculaire angulaire ; 3) des motoneurones de type phasico-tonique, répondant à une combinaison de signaux sensoriels et de copie d’éfférence locomotrice, partageant le même profil de maturation. La proportion relative de ces 3 groupes change en fonction de l’évolution du style locomoteur pendant le développement afin d’assurer en permanence les besoins de stabilisation du regard.
Tous les efforts seront pris pour minimiser l’utilisation et la souffrance des animaux, en accord avec la réglementation européenne sur le bien-être animal et la règle des 3R.