Les circuits neuronaux de la moelle épinière permettent un apprentissage moteur indépendant du cerveau

2024-04-14 09:40:54

Aya Takeoka du RIKEN Center for Brain Science (CBS) au Japon et ses collègues ont découvert les circuits neuronaux de la moelle épinière qui permettent un apprentissage moteur indépendant du cerveau. Publié dans Science le 11 avril, l’étude a découvert deux groupes critiques de neurones de la moelle épinière, l’un nécessaire au nouvel apprentissage adaptatif et l’autre au rappel des adaptations une fois qu’elles ont été apprises. Les résultats pourraient aider les scientifiques à développer des moyens d’aider à la récupération motrice après une lésion médullaire.

Les scientifiques savent depuis un certain temps que la puissance motrice de la moelle épinière peut être ajustée par la pratique, même sans cerveau. Cela a été démontré de manière plus spectaculaire chez les insectes sans tête, dont les pattes peuvent encore être entraînées pour éviter les signaux externes. Jusqu’à présent, personne n’a compris exactement comment cela est possible, et sans cette compréhension, le phénomène n’est guère plus qu’un fait étrange.

Obtenir des informations sur le mécanisme sous-jacent est essentiel si nous voulons comprendre les fondements de l’automaticité du mouvement chez les personnes en bonne santé et utiliser ces connaissances pour améliorer la récupération après une lésion de la moelle épinière.

Aya Takeoka, Centre RIKEN pour la science du cerveau

Avant de se lancer dans les circuits neuronaux, les chercheurs ont d’abord développé un dispositif expérimental qui leur a permis d’étudier l’adaptation de la moelle épinière de la souris, à la fois l’apprentissage et le rappel, sans intervention du cerveau. Chaque test portait sur une souris expérimentale et une souris témoin dont les pattes postérieures pendaient librement. Si la patte arrière de la souris expérimentale tombait trop, elle était stimulée électriquement, imitant quelque chose qu’une souris voudrait éviter. La souris témoin a reçu la même stimulation au même moment, mais sans lien avec la position de sa propre patte arrière.

Après seulement 10 minutes, ils ont observé l’apprentissage moteur uniquement chez les souris expérimentales ; leurs jambes restaient en hauteur, évitant toute stimulation électrique. Ce résultat a montré que la moelle épinière peut associer une sensation désagréable à la position de la jambe et adapter sa puissance motrice afin que la jambe évite la sensation désagréable, le tout sans avoir besoin d’un cerveau. Vingt-quatre heures plus tard, ils ont répété le test de 10 minutes mais ont inversé les souris expérimentales et témoins. Les souris expérimentales originales gardaient toujours leurs jambes relevées, ce qui indique que la moelle épinière conservait un souvenir de l’expérience passée, ce qui interférait avec le nouvel apprentissage.

Ayant ainsi établi à la fois l’apprentissage immédiat et la mémoire dans la moelle épinière, l’équipe a ensuite entrepris d’examiner les circuits neuronaux qui rendent les deux possibles. Ils ont utilisé six types de souris transgéniques, chacune avec un ensemble différent de neurones spinaux désactivés, et les ont testés pour l’apprentissage moteur et l’inversion de l’apprentissage. Ils ont découvert que les membres postérieurs des souris ne s’adaptaient pas pour éviter les chocs électriques après la désactivation des neurones situés au sommet de la moelle épinière, en particulier ceux qui expriment le gène. Ptf1a.

Lorsqu’ils ont examiné les souris pendant l’inversion de l’apprentissage, ils ont découvert que faire taire les souris Ptf1a-les neurones exprimant n’avaient aucun effet. Au lieu de cela, un groupe de neurones dans la partie inférieure et ventrale de la moelle épinière qui expriment le Fr1 le gène était critique. Lorsque ces neurones étaient réduits au silence le lendemain de l’apprentissage de l’évitement, la moelle épinière se comportait comme si elle n’avait jamais rien appris. Les chercheurs ont également évalué la mémoire le deuxième jour en répétant les conditions d’apprentissage initiales. Ils ont constaté que chez les souris de type sauvage, les membres postérieurs se stabilisaient pour atteindre la position d’évitement plus rapidement que le premier jour, ce qui indique un rappel. Passionnant le Fr1 les neurones pendant le rappel ont augmenté cette vitesse de 80 %, indiquant un rappel moteur amélioré.

“Non seulement ces résultats remettent en question l’idée dominante selon laquelle l’apprentissage moteur et la mémoire sont uniquement confinés aux circuits cérébraux”, explique Takeoka, “mais nous avons également montré que nous pouvions manipuler le rappel moteur de la moelle épinière, ce qui a des implications pour les thérapies conçues pour améliorer la récupération après une lésion lombaire. dommages au cordon.

Source:

Référence du journal :

Lavaud, S., et coll. (2024) Deux classes neuronales inhibitrices régissent l’acquisition et le rappel de l’adaptation sensorimotrice de la colonne vertébrale. Science. est ce que je.org/10.1126/science.adf6801.

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