Parutions

 

Des pacemakers au cœur de la moelle épinière

 

Produire un rythme est une caractéristique fondamentale des réseaux de neurones qui contrôlent le mouvement de nos jambes lors de la marche. Comprendre les mécanismes neuronaux responsables de la rythmicité est une nécessité pour espérer restaurer la fonction locomotrice des patients atteints d'une lésion de la moelle épinière. L'équipe dirigée par Laurent Vinay à l'Institut de neurosciences de la Timone (CNRS/Aix-Marseille Université) vient d'identifier, dans la moelle épinière, des cellules pacemakers jouant un rôle clé dans la genèse du rythme locomoteur. Ces travaux menés en collaboration avec des chercheurs américains et allemands ont été publiés dans la revue Neuron.

 

Les mécanismes nerveux qui provoquent la contraction rythmique des muscles ont préalablement été examinés sur des modèles simples d'invertébrés ou de vertébrés non-mammaliens tels que la lamproie. Deux concepts permettant d'expliquer la genèse du rythme moteur ont émergé de ces études. Le premier repose sur l'existence d'une population de neurones appelés « pacemakers » car leurs propriétés électriques leur confèrent une activité rythmique. Ces cellules constitueraient le cœur du générateur de rythme. Le second concept privilégie l'existence d'une propriété « émergente » du réseau neuronal. Le rythme résulterait d'excitations réciproques entre neurones qui, pris individuellement, sont dépourvus de propriétés pacemakers (*).

Mais si les mécanismes impliqués dans la genèse du rythme locomoteur chez les mammifères restent méconnus en raison de la complexité du système nerveux, il est généralement admis que les cellules pacemakers jouent un rôle mineur, pour ne pas dire inexistant. Les travaux de l'équipe « Plasticité et physiopathologie des réseaux moteurs rythmiques » et de ses collaborateurs américains et allemands viennent néanmoins de bouleverser cette idée.

Grâce à des électrodes implantées dans la moelle épinière du rat, les chercheurs ont découvert que la composition ionique du liquide céphalo-rachidien dans lequel baignent les neurones change radicalement au cours d'une activité locomotrice. En effet, alors que la concentration en potassium augmente, la concentration en calcium diminue. Ces modifications, provoquées par l'activité neuronale, sont essentielles car elles activent un courant sodique persistant qui confère aux interneurones du réseau locomoteur une activité pacemaker. Le blocage pharmacologique de ce courant par le riluzole abolit à la fois les activités pacemakers et l'activité locomotrice.

Ces résultats montrent donc que les cellules pacemakers jouent un rôle primordial dans l'élaboration du rythme qui sous-tend la marche et que les propriétés de ces cellules sont sensibles à la composition ionique du milieu qui les entoure.

 

Figure : Représentation schématique des deux concepts proposés pour expliquer la genèse du rythme locomoteur. Le premier est fondé sur l'existence d'un groupe de cellules pacemakers qui imposent leur activité autorythmique aux cellules non pacemakers du réseau (A). Le second repose sur une propriété émergente du réseau où les cellules non pacemakers s'activent mutuellement pour produire un rythme (B). © The Neuroscientist, SAGE Publications (2010)

 

 

Note

• (*) Do pacemakers drive the central pattern generator for locomotion in mammals?, Frédéric Brocard, Sabrina Tazerart, Laurent Vinay, The Neuroscientist (2010), 16(2):139-155, doi:10.1177/1073858409346339.

 

En savoir plus

• Activity-dependent changes in extracellular Ca²⁺ and K⁺ reveal pacemakers in the spinal locomotor-related network, Frédéric Brocard, Natalia Shevtsova, Mouloud Bouhadfane, Sabrina Tazerart, Uwe Heinemann, Ilya Rybak, Laurent Vinay, Neuron (2013), 77(6):1047-1054, doi:10.1016/j.neuron.2013.01.026.
  

 

Contact chercheur

• Férédric Brocard
  Institut de neurosciences de la Timone
  UMR7289 CNRS/Aix-Marseille Université
  Campus santé Timone
  27 boulevard Jean Moulin
  13385 Marseille Cedex 5