Les neurones au plus profond du cerveau aident non seulement à initier le mouvement – ils le suppriment également activement et avec une précision étonnante. Ceci est la conclusion d'une nouvelle étude des chercheurs de l'Université de Bâle et du Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research (FMI), publié dans la revue Nature. Les résultats sont particulièrement pertinents pour mieux comprendre les troubles neurologiques tels que la maladie de Parkinson.
Atteindre une pomme ou apporter une cuillère à la bouche – ces actions apparemment simples reposent sur des processus très complexes dans le cerveau. Un acteur clé de cette orchestration est une région cérébrale profonde connue sous le nom de gris centraux. Pendant longtemps, le signal de sortie des noyaux gris centraux a été considéré comme fonctionnant principalement comme un frein, supprimant un comportement indésirable.
Les chercheurs dirigés par le professeur Silvia Arber ont maintenant montré chez les souris que des neurones spécifiques des noyaux gris centraux prennent des décisions très précises sur le moment de permettre et quand arrêter activement un mouvement spécifique. Ensemble, ces signaux dynamiques conlaient le moment du mouvement.
Gris centraux: un standard central
Ces idées remettent en question le modèle de longue date de la façon dont les noyaux gris centraux fonctionnent. Selon la vue traditionnelle, le mouvement de contrôle des noyaux gris centraux en inhibant continuellement les centres moteurs dans le cerveau, ne « libérant brièvement le frein » lorsqu'un mouvement est autorisé. « Mais ce modèle est très court en termes de mouvements complexes, tels que ceux impliqués dans des actions coordonnées des bras et des mains », explique Arber.
Cette étude se concentre sur la soi-disant substantia nigra pars reticulata (SNR), la station de sortie principale des noyaux gris centraux, qui envoie des signaux aux centres automobiles du tronc cérébral. Les chercheurs ont fait une découverte surprenante: les neurones de cette région ne tirent pas simplement pour inhiber le mouvement. Au lieu de cela, ils affichent des modèles d'activité hautement dynamiques – TRAVEMENTS TIMÉE SUR LES MOUVEMENTS EXECTIONNÉES. Au cours des comportements complexes, les neurones SNR changent plusieurs fois entre une activité accrue et diminuée, chaque neurone avec son modèle dynamique spécifique. Ainsi, la sortie des ganglions basaux fonctionne comme un système finement réglé de feux de circulation à une intersection animée: chaque lumière devient vert ou rouge pour des mouvements spécifiques, selon l'action prévue. De cette façon, des comportements complexes peuvent être construits à partir de mouvements individuels, régis par le moment de ces signaux « Go » et « Stop » fournis par les neurones SNR.
Contrôle des mouvements à grain fin
Pour enquêter sur ces processus, deux des doctorants d'Arber ont enregistré une activité cérébrale chez la souris, car celles-ci ont utilisé leurs mains pour atteindre des granulés alimentaires. Ils ont constaté que les neurones SNR individuels réagissaient très différemment en fonction de la phase de mouvement: lorsque le bras a atteint, la main a saisi ou a été rétractée, des neurones spécifiques ont augmenté leur activité tandis que d'autres s'arrêtaient. « C'est incroyable à quel point ces signaux sont finement réglés », accepte Antonio Falasconi et Harsh Kanodia, les principaux auteurs de l'étude. « Les neurones SNR ne font que cuire leur activité lors de mouvements très spécifiques et l'augmentent pendant certains autres. »
En utilisant des techniques optogénétiques, les chercheurs ont ensuite manipulé les neurones SNR. Ils ont pu montrer que l'activation de ces neurones a bloqué le comportement – une démonstration claire de leur rôle de contrôle. Peut-être le plus frappant, même les moindres changements de mouvement se sont accompagnés de réglages précis de la signalisation SNR. Les centres motrices en aval dans le tronc cérébral ont répondu en renvoyant les signaux au SNR. Ainsi, lorsque le « feu de circulation » du SNR est devenu vert, le neurone en aval appuie essentiellement la pédale de gaz, permettant l'exécution d'un mouvement. Cela indique un système de codage très spécifique et basé sur un mouvement plus granulaire qu'un simple mécanisme général « Go » ou « Stop ».
Nouvelles avenues pour traiter les troubles du mouvement
L'étude offre une image vivante de la façon dont le cerveau contrôle même les mouvements les plus subtiles à travers une interaction affinée de l'activation et de l'inhibition de notre compréhension du contrôle moteur. Cela a des implications médicales importantes: dans les troubles comme Parkinson ou la chorée, cet équilibre délicat est perturbé, conduisant à des symptômes caractéristiques tels que la difficulté à lancer un mouvement chez les patients de Parkinson.
Si nous comprenons comment les noyaux gris centraux coordonnent le mouvement normal, nous pouvons développer des traitements plus ciblés lorsque ce système est déséquilibré. «
Professeur Silvia Arber, chercheur principal
