Topographie fonctionnelle impliquée dans la marche Functional

Article original
Ann Gérontol 2009 ; 2 (1) : 35-44
Topographie fonctionnelle impliquée
dans la marche
Functional topography implicated in the locomotion
Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Téléchargé par un robot venant de 88.99.165.207 le 25/05/2017.
JEAN-MICHEL DENIAU
Dynamique
et physiopathologie
des réseaux neuronaux,
Inserm U667,
Collège de France ;
Université Pierre et Marie
Curie, Paris
<[email protected]>
Tirés à part :
J.M. Deniau
Résumé. L’étude des mécanismes neurobiologiques de la locomotion a mis en lumière
l’existence, au niveau spinal, de réseaux neuronaux contenant tous les éléments nécessaires pour organiser de manière autonome les commandes rythmiques de marche. L’activité de ces réseaux, qualifiés de générateurs de patterns centraux, est régulée par des
afférences d’origine périphérique qui adaptent le déroulement du programme de marche
et par des afférences descendantes issues de générateurs centraux qui déclenchent et
déterminent son rythme d’activité. Cet article se focalise plus particulièrement sur l’organisation fonctionnelle du générateur mésencéphalique (composé des noyaux pédonculopontin et cunéiforme) et les circuits de contrôle de la locomotion par les ganglions de la
base. Nous présentons les données qui conduisent à s’interroger sur le rôle spécifique du
noyau pédonculo-pontin dans le contrôle de la locomotion et apportons des observations
en faveur de l’implication des connexions reliant les ganglions de la base au colliculus
supérieur dans la locomotion dirigée vers un but. Ces données sont discutées par rapport
aux troubles de la marche observés chez les patients atteints de la maladie de Parkinson.
Mots clés: anatomie, ganglions de la base, maladie de Parkinson, marche
Article traduit en anglais
- open access www.annales-de-gerontologie.com
E
Abstract. The examination of the neurobiological mechanisms of the locomotion
highlighted the presence of spinal neural networks containing all elements that can endogenously organize periodic motor commands for locomotion. The activity of these
networks, which are termed central pattern generators, is controlled by peripheral afferents adapting the gait pattern progress and by descending afferents arising from central
generators that release and determine the rhythm networks activity. This article mainly
discusses the functional organization of the mesencephalic locomotor region (composed
by pedunculopontine and cuneiform nuclei) and the motor control in basal ganglia
circuits. We present data that raise the question of the pedunculopontine nucleus specific
role in the control of locomotion. In addition, we report observations favoring the implication of interconnections between basal ganglia and superior colliculus in the targetdirected locomotion. These data are discussed in relation to gait disorders encountered in
patients with Parkinson disease. In all vertebrates, locomotion is known to be generated
by neural networks, whish are located in the spinal cord and are able to endogenously
organize rhythmic commands of muscular activity with an appropriated temporo-spatial
distribution. These neural networks, termed central pattern generators of locomotion, are
able to generate rhythmic discharges that are similar to rhythmic activities recorded
during locomotion, even when they are isolated from peripheral sensory inputs and
motor commands originating from nervous centers. This organization pattern of locomotion networks has many advantages. The generator, being located at the periphery close
to effectors, allows a rapid adaptation of motor commands according to proprioceptive
and cutaneous sensory signals. Furthermore, it simplifies the locomotion control by
freeing motor centers of the brain to allow programing activity coordination of different
muscular groups.
doi: 10.1684/age.2009.0020
Key words: anatomy, basal ganglia, Parkinson disease, walk
l est bien documenté, chez l’ensemble des vertébrés, que la locomotion est générée par des
réseaux neuronaux situés dans la moelle épinière
et qui ont la capacité d’organiser de manière autonome
les commandes rythmiques de contraction musculaire
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Ann Gérontol, vol. 2, n° 1, janvier 2009
avec une répartition spatio-temporelle appropriée [1].
Ces réseaux de neurones, désignés sous le terme de
générateur spinal de marche, sont capables, même
lorsqu’ils sont isolés des entrées sensorielles périphériques et des commandes motrices issues des centres
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nerveux, de générer des décharges rythmiques qui
ressemblent aux activités rythmiques enregistrées
durant la locomotion. Ce mode d’organisation des
réseaux moteurs de la marche présente de nombreux
avantages. Situé en périphérie, à proximité des effecteurs, le générateur permet d’assurer une adaptation
rapide des commandes motrices en fonction des
signaux sensoriels proprioceptifs et cutanés. De plus, il
simplifie le contrôle de la marche en affranchissant les
centres moteurs encéphaliques de programmer la coordination de l’activité des différents groupes musculaires.
Dans son livre Comment je vois le monde [2], Albert
Einstein, qui livre ses réflexions philosophiques, écrit
que « ceux qui aiment marcher en rangs sur une
musique, ce ne peut être que par erreur qu’ils ont
reçu un cerveau, une moelle épinière leur suffirait
amplement ». En fait, le générateur spinal ne peut à
lui seul assurer un comportement de marche.
La marche nécessite une station érigée impliquant
des régulations de tonus musculaire et d’équilibration,
ainsi que des commandes directionnelles et de vitesse
en fonction des contraintes environnementales et du
but de l’action. Dans cet exposé, après avoir rappelé
les différents niveaux de contrôle impliqués dans la
régulation de la marche, les connaissances sur la régulation par le système des ganglions de la base seront
présentées.
Niveaux de contrôle
de la locomotion
Les niveaux de contrôle moteur impliqués dans la
régulation de la marche sont illustrés sur la figure 1.
Cortex cérébral
Système limbique
Ganglions
de la base
C
Sélection de l'action en fonction
du contexte environnemental,
besoins, bénéfices attendus
E
R
V
Centres locomoteurs di et
mésencéphaliques
Cuneatus-PPN
E
L
Commande
Tectum
Guidage directionnel
et intégration posturale
E
T
Réticulée ponto-bulbaire
Système
vestibulaire
Générateur
spinal
Rétroactions
sensorielles
Contractions alternées
flexion-extension
Contractions alternées
droite-gauche
Mouvements
Figure 1. Schéma illustrant les principaux niveaux de contrôle moteur de la marche.
PPN : Noyau pédonculo-pontin.
Figure 1. Schematic diagram showing the principal motor control levels of locomotion.
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Partant du générateur spinal où sont générées les
séquences rythmiques de contractions musculaires,
on trouve, au niveau du tronc cérébral, les réseaux réticulaires et du système vestibulaire assurant l’intégration des régulations posturales et d’équilibration dans
les commandes motrices. Au sein du tronc cérébral, le
tectum participe au guidage directionnel de l’action
[3, 4]. Le colliculus supérieur en particulier assure
l’orientation du regard vers des régions ou des événements d’intérêt de l’environnement, et il a été également démontré qu’il possède deux réseaux de sortie
distincts susceptibles de déclencher des comportements d’approche ou de fuite [5]. À différents niveaux
du tegmentum pontique, mésencéphalique, de la
région sous-thalamique et du cervelet, plusieurs sites
de déclenchement et de régulation de l’activité locomotrice ont été mis en évidence [6-9]. L’identité précise
des populations neuronales constituant ces centres
locomoteurs et les circuits par lesquels ils influencent
les réseaux effecteurs de la marche restent toutefois à
préciser. Enfin, au niveau le plus élevé de la hiérarchie
de commandes, les ganglions de la base et le cortex
cérébral assurent la sélection de l’action en fonction
du contexte comportemental et des bénéfices attendus
de l’action [10-14]. Chacun de ces niveaux interagit
avec le cervelet classiquement impliqué dans les
commandes paramétriques du mouvement.
Maladie de Parkinson
et psycho-stimulants
L’implication des ganglions de la base dans le
contrôle de la locomotion est bien documentée.
Dans la maladie de Parkinson, pathologie cardinale
des ganglions de la base qui résulte d’une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance
noire, les patients présentent des troubles moteurs
caractéristiques touchant, entre autres, la marche [15].
Ainsi, l’amplitude de leurs pas, comme ceux de leurs
autres mouvements, est réduite. Dans certaines
circonstances, les patients se montrent incapables d’initier un pas, les pieds collés au sol, dans un état qualifié
de freezing, ou piétinent sur place (festination), lorsqu’un obstacle les oblige à changer de direction [16-19].
Par ailleurs, de nombreuses études expérimentales
liées à l’analyse des mécanismes d’addiction aux
psycho-stimulants ont clairement établi l’implication
du striatum ventral, et en particulier du cœur du
noyau accumbens (accumbens core), dans les effets
locomoteurs induits par ces drogues [20-24]. Le fait
Ann Gérontol, vol. 2, n° 1, janvier 2009
que la transmission dopaminergique du striatum
ventral soit impliquée dans l’induction d’effets locomoteurs ne doit toutefois pas être mis en relation directe
avec les troubles de la marche chez le parkinsonien.
Comme l’illustre la figure 2, le striatum ventral, dont
Cortex
sens/moteur
Hippocampe
Amygdale
Infralimbic Cx
Cortex
limbique/préfrontal
Amygdale
Thal
Thal
Striatum dl
3
2
1
GPe
Striatum dm
NAcc: core
NAcc: shell
VPl
STN
STN
SNR / GPi
Tectum
Mes/Pt teg
VPm
SNR / GPi
Hb
Pt teg
SNC/VTA, PPN, Raphé, LC
Septum, amygdale, Hypothal
lat, Preoptarea, BNST, PB area.
Figure 2. Diagramme simplifié de l’organisation fonctionnelle
du système des ganglions de la base. Les flèches noires
représentent des projections GABAergiques, les flèches
grises des projections glutamatergiques et les flèches grises
avec points des projections cholinergiques. Les chiffres 1, 2
et 3, dans le cadre de gauche, indiquent respectivement la
voie trans-striatale directe, trans-striatale indirecte et hyperdirecte.
BNST : noyau du lit de la strie terminale ; Cortex Sens : cortex
sensoriel ; GPe : segment externe du globus pallidus ; GPi :
segment interne du globus pallidus ; Hb : habnula ; Hypothal
lat: hypothalamus latéral ; LC : locus cœruleus ; Mes/Pt teg ;
tegmentum mésencéphalique et pontique ; Nacc : noyau
accumbens ; PB area : aire parabrachiale ; PPN : noyau
pédonculo-pontin ; Preopt area : aire préoptique ; Pt teg :
tegmentum pontique ; SNC/VTA : substantia nigra compacte/
aire tegmentale ventrale ; STN : noyau subthalamique ; SNR :
substance noire réticulée ; Striatum dl : striatum dorso-latéral ;
Striatum dm : striatum dorso-médian ; Thal : thalamus ; VPl :
pallidum ventral latéral ; VPm : pallidum ventral médian.
Figure 2. Simplified diagram of the functional organization of
basal ganglia system. Black arrows indicate GABAergic
projections, gray arrows the glutamatergic projections and
dotted gray arrows cholinergic projections. Numbers 1, 2
and 3 in the left box correspond respectively to the direct
trans-striatal pathway, indirect trans-striatal pathway and
hyperdirect.
BNST: bed nucleus of stria terminalis; Cortex Sens: sensory
cortex; GPe: external segment of globus pallidus; GPi: internal
segment of globus pallidus; Hb: habnula; Hypothal lat: lateral
hypothalamus; LC locus: coeruleus; Mes/Pt teg: mesencephalic and pontine tegmentum; NAcc: nucleus accumbens;
PB area: parabrachial area; PPN: pedunculopontine nucleus;
Preopt area: preoptic area; Pt teg: pontine tegmentum; SNC/
VTA: substantia nigra compacta/ventral tegmental area; STN:
subthalamic nucleus; SNR: substantia nigra pars reticularata;
Striatum dm: dorsomedian striatum: Thal: thalamus: VPl:
ventral posterolateral thalamic nucleus; VPm: ventral posterior medial thalamic nucleus.
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J.-M. Deniau
l’innervation dopaminergique semble assez bien
préservée dans la maladie de Parkinson, et le striatum
dorsal, principalement touché dans la maladie, constituent des entités fonctionnelles distinctes jouant sur
des registres respectivement cognitifs et moteurs du
comportement.
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Principe d’organisation du système
des ganglions de la base
Une représentation schématique des connexions
intrinsèques et extrinsèques des ganglions de la base
est donnée sur la figure 2. L’organisation des relations
réciproques entre le cortex cérébral et les ganglions de
la base, ainsi que la ségrégation partielle des informations corticales dans ces circuits, permet de subdiviser
les ganglions de la base en trois secteurs fonctionnels
[25-27] :
– sensorimoteur ;
– associatif ;
– limbique.
Secteurs sensorimoteur et associatif
Le secteur sensorimoteur traite des informations
issues des aires corticales correspondantes, et est
impliqué dans l’organisation des mouvements et
l’apprentissage procédural.
Le secteur associatif traite des informations issues
du cortex préfrontal et des aires associées. Il est
impliqué dans l’organisation du comportement. Chez
un rongeur qui ne possède pas d’aire corticale équivalente aux aires préfrontales dorso-latérales des
primates, le cortex préfrontal se limite aux aires
médianes et orbitaires en relation avec le système
limbique. Ces aires sont désignées par le terme
limbique/préfrontal sur la figure 2.
Les circuits sensorimoteur et associatif possèdent
une logique d’organisation tout à fait similaire [28-30].
Les informations corticales accèdent au système des
ganglions de la base par le striatum et le noyau subthalamique, et sont finalement intégrées dans les structures de sortie du système, la substance noire réticulée
et le segment interne du globus pallidus. Les connections entre les structures d’entrée et les structures de
sortie du système suggèrent l’existence de trois principales voies de traitement de l’information [30-32] :
– une voie trans-striatale directe ;
– une voie trans-striatale indirecte ;
– une voie trans-subthalamique dite hyperdirecte.
38
• Voie trans-striatale directe
La voie trans-striatale directe représente le cœur du
système des ganglions de la base. Constituée d’un
double maillon GABAergique inhibiteur, cette voie
active les réseaux cibles des ganglions de la base par
un puissant mécanisme de désinhibition [33]. Dans les
conditions de repos, les neurones de projection du
striatum sont spontanément peu actifs, tandis que
ceux des structures de sortie déchargent de manière
tonique à haute fréquence. Par l’inhibition tonique
qu’elles exercent sur leurs cibles, les structures de
sortie du système filtrent en permanence le transfert
d’information. Lorsque l’activité corticale atteint un
niveau de cohérence suffisant, la convergence des
entrées glutamatergiques corticales sur les neurones
striataux provoque leur décharge et, par voie de conséquence, libère les réseaux cibles des ganglions de la
base de l’inhibition tonique à laquelle ils étaient soumis.
• Voies hyperdirecte et trans-striatale indirecte
Contrairement à la voie trans-striatale, les voies qui
passent par le noyau subthalamique (voies hyperdirecte et trans-striatale indirecte) exercent une influence
excitatrice sur les structures de sortie des ganglions de
la base. Seule structure glutamatergique du système
des ganglions de la base, le noyau subthalamique,
activé par les voies hyperdirecte et striatale indirecte,
renforce l’inhibition tonique que les structures de
sortie exercent sur leurs cibles [30, 32].
Fonctionnellement, l’action de ces deux voies transsubthalamiques s’oppose à l’influence désinhibitrice
de la voie striatale directe. Par cet effet, les voies
trans-subthalamiques réaliseraient des effets de
contraste permettant [34] :
– de focaliser l’influence désinhibitrice du striatum
sur une population précise de neurones des structures
cibles des ganglions de la base (mise en forme
spatiale) ;
– de réaliser un calibrage temporel de la désinhibition striatale.
Dans les circuits sensorimoteurs, ces mécanismes de
calibrage spatial et temporel permettraient d’élaborer un
mouvement cohérent en inhibant les programmes
moteurs concurrentiels et incompatibles, ainsi qu’en
régulant la durée des mouvements. Dans le réseau associatif, ces mêmes mécanismes permettraient de donner
un ordre de priorité pour l’accès des informations aux
ressources cognitives et de limiter la durée durant
laquelle ces informations sont utilisées pour organiser
le comportement. Comme illustré sur les figures 3 et 4,
ces mécanismes de sélection motrice et comportementale reposent sur une topographie fonctionnelle précise
Ann Gérontol, vol. 2, n° 1, janvier 2009
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Topographie fonctionnelle impliquée dans la marche
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OR
OFA
CI
Dorsal
Ant
CIN
GU
LA
IRE
ant
Médial
Figure 3. Représentation des aires corticales sensorimotrices et préfrontales dans la substance noire réticulée chez le rat. L’organisation topographique des projections cortico-striatales et striato-nigrales préserve une certaine ségrégation entre les informations issues de secteurs fonctionnels distincts du cortex cérébral. La représentation du corps et de l’espace visuel et auditif
occupe une série de lames semi-circulaires localisées dans la région latérale de la structure et centrées autour de la représentation du museau. La représentation du museau, qui se situe en dehors du champ visuel de l’animal, est située dorsalement, à
l’opposé de la zone de projection des afférences visuelles. La représentation des aires préfrontales occupe une position plus
médiane. Elle respecte la position relative des aires correspondantes sur le cortex cérébral dans l’axe médio-latéral. Dans l’axe
dorso-ventral, leur position est inversée, la représentation des aires dorsales occupe une position ventrale et, réciproquement,
la représentation des aires ventrales occupe une position dorsale. Adapté d’après Deniau et al., [58].
Figure 3. Representation of sensorimotor and prefrontal cortical areas in the rat’s substantia nigra pars reticulata. The topographic organization of the corticostriatal and striatonigral projections allows basal ganglia to segregate information originating
from functionally different cortical areas. The representation of the body and the visual and auditory space occupies a series of
semicircular lamellae located in the lateral region of the structure and centered on the representation of the muzzle. The representation of the muzzle, which is situated out of the animal visual field, is more dorsally located at the opposite of the projection
zone of the visual afferents. The representation of prefrontal areas occupies a more median position. In the mediolateral axe, it
respects the relative position of the corresponding areas on the cerebral cortex. In the dorsolateral axe, their position is
inversed: the representation of the dorsal areas occupies a ventral position while the representation of the ventral areas occupies a dorsal position. Adapted from Deniau et al. [58].
du réseau neuronal des ganglions de la base. Celle-ci a
été particulièrement bien documentée dans les voies
striato-nigro-colliculaires [27, 35-37].
Secteur limbique
Quant au secteur limbique, il traite des informations
issues de structures corticale et sous-corticale apparte-
Ann Gérontol, vol. 2, n° 1, janvier 2009
nant au système limbique, et participe aux aspects
émotionnels et motivationnels du comportement.
Le circuit limbique possède des traits d’organisation apparentée à ceux des deux autres circuits, mais
des différences majeures l’en distinguent. Concernant
les traits de parenté, ce circuit possède une voie
trans-striatale directe qui implique, en structure
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J.-M. Deniau
A
ding domains of projection in the superior colliculus. The
superior colliculus is observed in frontal plane in A, B, and in
horizontal plane in C. The projections originating from
lamellae of body representation are projected in a patchy
fashion into the stratum album intermediale. The projections
originating from the muzzle (A) innervate the anterolateral
region of the superior colliculus. The more ventral lamellae
display a series of patches, the more median patches are
those originating from the more ventral regions of the substantia nigra (B). Note that projections originating from the
ventral lamella, the visual and auditory domain of SNR (C),
display a honeycomb-like lattice into the stratum griseum
intermedial. The central part the honeycomb circular module
is in register with the patches displayed by the projections
originating from the lamellae of somatic representation.
Modified from Mana and Chevalier [37, 59].
SAI: stratum album intermedial; SGI: stratum griseum intermedial; SGS: stratum griseum superficial; SO: striatum
optical.
SGS
SO
SGI
SAI
SNR
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B
SGI
Dorsal
Med
C
SO
SGS
Ant
Med
Figure 4. Organisation modulaire des projections nigro-colliculaires révélées par traçage axonal antérograde. La colonne
de gauche illustre les sites d’injection dans la substance noire,
en coupe coronale. La colonne de droite illustre les territoires
de projection correspondants dans le colliculus supérieur.
Le colliculus supérieur est vu en coupe coronale en A et B,
et en coupe horizontale en C. Les projections issues des
lames de représentation du corps se projettent sous forme
de grappes dans le stratum album intermedium. Les projections issues du museau (A) innervent la région antérolatérale du colliculus supérieur. Les lames plus ventrales
forment une série de grappes d’autant plus médianes
qu’elles sont issues de régions plus ventrales de la substance
noire (B). Noter que les projections issues de la lame ventrale,
territoire visuel et auditif de la SNR (C), forment un réseau en
nid d’abeille dans le stratum griseum intermedium. La partie
centrale des alvéoles du nid d’abeille est en registre avec les
grappes formées par les projections issues des lames de
représentation somatique. Modifié d’après Mana et Chevalier
[37, 59].
SAI : stratum album intermedium ; SGI : stratum griseum
intermedium ; SGS : stratum griseum superficiel ; SO :
stratum opticum.
Figure 4. Modular organization of nigro-collicular projections
revealed by retrograde axonal tracer. The left column illustrates the sites of injection in the substantia nigra in the
frontal cut section. The right column illustrates the correspon-
40
d’entrée, le shell du noyau accumbens et, en structure
de sortie, le pallidum ventral [22, 38]. La nature
GABAergique des neurones de cette voie suggère
qu’elle fonctionne également sur un mode de désinhibition. Toutefois, en plus de neurones GABAergiques,
le pallidum ventral contient des neurones cholinergiques dont l’implication dans l’expression des fonctions
de ce circuit reste à établir.
Par ailleurs, ce circuit ne semble pas mettre en jeu
de voie trans-subthalamique et les projections directes
du niveau striatal sur différentes structures du système
limbique constituent une distinction majeure.
Par ses projections directes sur les neurones dopaminergiques du mésencéphale, ce circuit constituerait un
lien entre le système limbique et les circuits sensorimoteurs et associatifs des ganglions de la base [39, 40].
Centre locomoteur
mésencéphalique
La notion de centre locomoteur résulte de la mise
en évidence, par stimulation électrique, du système
nerveux central de régions nodales à partir desquelles
une stimulation électrique répétitive permet de déclencher l’ensemble du programme séquentiel d’activité
locomotrice des membres. Une telle région locomotrice a été identifiée au niveau de la partie postérieure
du mésencéphale, incluant [6, 41] :
– le noyau cunéiforme ;
– une portion latérale de la substance grise périaqueducale ;
– le noyau pédonculo-pontin.
L’existence de projections de la substance noire
réticulée et du pallidum interne sur le noyau
pédonculo-pontin (PPN) a suscité un intérêt croissant
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Topographie fonctionnelle impliquée dans la marche
pour cette structure considérée comme une composante essentielle du centre locomoteur, à partir de
laquelle les ganglions de la base contrôlent la locomotion [42, 43]. Cependant, considérant, d’une part, la
complexité d’organisation de cette région du mésencéphale composée d’une grande hétérogénéité de types
cellulaires et, d’autre part, la diversité des circuits neuronaux susceptibles d’être mis en jeu par une stimulation
électrique de cette région, les éléments constitutifs du
centre locomoteur et leur relation avec les ganglions
de la base restent encore à préciser. L’implication du
PPN dans la région locomotrice mésencéphalique en
particulier reste questionnée [44-46].
Le PPN est une structure hétérogène composée de
neurones cholinergiques (groupe Ch5), glutamatergiques, GABAergiques et dopaminergiques, répartis de
manière différentielle dans deux subdivisions, la pars
compacta et la pars dissipata [47, 48]. C’est dans la
pars compacta, qui occupe une position latérale et
caudale, que se trouve localisée la majorité des
neurones cholinergiques. D’après les travaux effectués
par Takakusaki et al. [49], le point nodal du centre locomoteur mésencéphalique correspond au noyau cunéiforme et à la région adjacente postérieure du PPN.
Les projections issues de la substance noire réticulée
étant essentiellement dirigées vers la pars dissipata
[50], il reste à déterminer l’existence d’un lien fonctionnel entre les structures de sortie des ganglions de
la base et les populations de neurones du PPN et du
cunéiforme, spécifiquement impliqués dans le contrôle
de la locomotion.
Les effets moteurs induits par stimulation de la
substance noire après décérébration aiguë ont conduit
Takakusaki et al. [49] à proposer un modèle d’organisation du contrôle de la locomotion et du tonus musculaire par les ganglions de la base, dans lequel la SNR
latérale contrôlerait le tonus musculaire via le PPN,
tandis que la SNR médiane contrôlerait la locomotion
via le noyau cunéiforme. Dans ce contexte, l’observation par Allen et al. [46] que la lésion excitotoxique par
injection locale d’acide iboténique du PPN ou du cunéiforme (une procédure expérimentale qui épargne les
fibres de passage) ne modifie pas l’activité locomotrice
exploratoire spontanée ni évoquée par injection
d’amphétamine dans le noyau accumbens, pose la
question des relations fonctionnelles entre les ganglions
de la base et les structures du tegmentum mésencéphalique. Prenant en compte les projections extensives du
PPN, à la fois ascendantes vers le thalamus et diverses
structures des ganglions de la base, ainsi que descendantes vers des structures du tronc cérébral impliquées
Ann Gérontol, vol. 2, n° 1, janvier 2009
dans des fonctions motrices et végétatives, il a été
proposé que le PPN soit plus impliqué dans des fonctions de renforcement, en relation avec l’activité
motrice, que dans l’induction de la locomotion [44].
Réseau nigro-colliculaire
Les projections de la substance noire sur le colliculus supérieur constituent un autre lien fonctionnel
par lequel les ganglions de la base pourraient
influencer l’activité locomotrice. En effet, le colliculus
supérieur, cible majeure de la substance noire, est à
l’origine d’une importante projection sur le noyau
cunéiforme qui constitue, comme nous venons de le
voir, le véritable point nodal du centre locomoteur
mésencéphalique [51].
Jusqu’à présent, l’essentiel des études sur le colliculus supérieur s’est consacré à son implication dans
l’orientation du regard. Il est admis que le colliculus
supérieur est un lieu du cerveau où la représentation
de l’espace sensoriel visuel, auditif et somesthésique
est mise en relation avec les réseaux oculo- et
céphalo-moteurs [52-55]. Les neurones des couches
profondes présentent des champs sensoriels et
moteurs cohérents, et leur stimulation provoque des
mouvements des yeux et de la tête dirigeant le regard
vers la zone de l’espace correspondant à leur champ
sensoriel. Cette intégration sensorimotrice est sous le
contrôle des ganglions de la base, l’influence inhibitrice de la substance noire réticulée exercée sur les
neurones des couches profondes assurant une fonction de filtrage des informations [56, 57].
Le colliculus et les ganglions de la base reçoivent
également des entrées issues du cortex préfrontal et
pariétal permettant l’organisation de mouvements
d’orientation sur la base de représentations internes
de la position du corps dans l’espace environnant, ou
de représentations de la localisation spatiale d’événements attendus de manière prédictive (figure 5).
Le substrat neuro-anatomique qui sous-tend le traitement de l’information dans le colliculus supérieur et
son contrôle par la substance noire a été bien documenté chez le rat [35, 37, 58-61]. Dans la substance
noire, les espaces somesthésique, visuel et auditif
sont représentés sous forme de lames organisées à la
manière de pelures d’oignon (figure 3). Les projections
de ces lames sur le colliculus supérieur sont topographiquement organisées et se conforment à l’architecture modulaire des relations sensorimotrices colliculaires.
41
J.-M. Deniau
Cortex sensorlels, moteurs, associatifs
Sélection des informations
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Ganglions de
la base
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Colliculus supérieur
locomoteurs, suggérant que le colliculus supérieur
peut organiser des activités motrices intégrées des
yeux, du corps et de locomotion conformes à ce qui
serait attendu dans un comportement locomoteur
dirigé vers une cible. Cette vue s’accorde avec celles
du groupe de Redgrave et al. [5] qui a suggéré l’existence de deux circuits nigro-colliculaires, l’un impliqué
dans l’approche et l’autre impliqué dans la fuite.
Sélection des modules
d'orientation par desinhibition
–
Orientation des yeux, de la tête,
activité locomotrice dirigée vers un but
Figure 5. Contrôle des mouvements d’orientation par les
ganglions de la base. Le colliculus supérieur reçoit des afférences issues des cortex sensoriels, moteurs et associatifs,
apportant des informations sur les événements présents,
passés ou attendus dans l’environnement. La prise en
compte de ces informations par le colliculus supérieur est
sous le contrôle des ganglions de la base. Les ganglions de
la base exercent, par l’intermédiaire de la substance noire,
une influence inhibitrice tonique jouant un rôle de filtrage
des informations pertinentes dans le contexte de l’action en
cours, des expériences passées et des résultats attendus de
l’action.
Figure 5. The control of orientation movements by basal
ganglia. The superior colliculus receives afferents originating
from sensorial, motor and association cortices bringing information about present, past or expected events in the environment. Information processing by the superior colliculus is
under the control of basal ganglia. Basal ganglia exert a
tonic inhibitory influence via the substantia nigra, so they act
as a filter selecting relevant information in different situations:
current action, past experiences, and expected results for the
action.
De récentes études effectuées chez la lamproie
montrent que le colliculus supérieur n’est pas uniquement impliqué dans des mouvements oculo- et
céphalo-moteurs [62]. En accroissant progressivement
la durée de trains de stimulation dans le colliculus
supérieur, ces auteurs ont montré que les mouvements
d’orientation des yeux sont accompagnés de mouvements d’orientation du corps, puis de mouvements
Maladie de Parkinson
et troubles de la marche
La marche est l’un des aspects de l’activité motrice
qui peut être sévèrement touché chez les patients
atteints de la maladie de Parkinson [15]. La physiopathologie de ces troubles reste mal comprise. Divers
mécanismes sont susceptibles d’être mis en jeu.
– Le premier prend son origine dans les ganglions
de la base. Il est bien connu que la lésion des neurones
dopaminergiques provoque une désorganisation de
l’activité des neurones de sortie des ganglions de la
base, associée à une altération fonctionnelle du mécanisme de désinhibition, mécanisme essentiel à l’organisation du mouvement [63, 64]. Il est attendu que cette
altération se répercute sur les centres locomoteurs
dont l’activité peut être influencée directement ou indirectement (via le cortex moteur, le colliculus supérieur)
par les ganglions de la base [65-68].
– Le second mécanisme implique une altération
directe du centre locomoteur mésencéphalique, une
perte de neurones au sein du PPN ayant été relevée
chez les patients [69, 70]. En se basant sur les
données de la littérature impliquant le PPN dans le
centre locomoteur mésencéphalique, le PPN a été
proposé comme cible thérapeutique possible pour la
stimulation intracérébrale [71]. Il est certain qu’une
meilleure connaissance des circuits de contrôle de la
marche en relation avec les ganglions de la base
serait nécessaire pour définir les points nodaux du
réseau de marche susceptibles d’apporter les effets
thérapeutiques les plus efficaces.
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