Courir ou ne pas courir : le rôle des neurones du striatum dans le contrôle de la locomotion

To run or not to run : the role of striatal neurons in the control of locomotion

• Auteur / Autrice : Carola Sales Carbonell
• Direction : Alfonso Represa, David Robbe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 20/10/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INMED - Institut de Neurobiologie de la Méditerranée (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Constance Hammond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michèle Giugliano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alban de Kerchove d’Exaerde, Arthur Leblois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurones moteurs

Noyaux basaux

Activité spontanée (électrophysiologie)

Mots clés libres

Contrôle moteur

Noyaux de la base Comportement

Electrophysiologie

Motor control

Basal ganglia Behavior

Electrophysiology

Résumé

Le rôle du noyaux de la base dans le contrôle moteur reste une question ouverte. Nous avons conçu une tâche motrice contrôlée dite « start-stop » chez la souris, permettant de quantifier les paramètres cinématiques associés à l'action. Les enregistrements extracellulaires ont démontré que notre tâche recrute 8 classes différentes de neurones dans le striatum. Le groupe « quoi » était composé des neurones « Beginning » et « End », activés au début ou à la fin de la séquence motrice, respectivement. Le groupe « comment » était composé des neurones « Running », « Onset » et « Offset » qui représentaient l'ensemble de l'exécution de la séquence motrice et étaient corrélées aux performances de vitesse. Nous avons aussi signalé la présence de les cellules « Immobility » activées pendant l'immobilité. La comparaison des performances au cours d’essais réussis par rapport à des mouvements spontanés a montré que la fraction des différentes classes de neurones striataux reste stable. Cependant, la fraction de cellules modulant leur activité en fonction de la séquence était fortement diminuée dans les mouvements spontanés par rapport aux essais réussis, et l'activité des cellules « Running » étaient moins corrélées avec la vitesse et la durée de la course de l'animal. Nos données sont cohérentes avec un modèle de fonctionnement des ganglions de la base dans lequel l'activité striatale est organisée d'une manière temporellement précise pour initier, maintenir et mettre fin à l'activité des séquences motrices. Des tests d'optogénétique en cours permettront de confirmer les relations causales supposées entre l'activité striatale et la mise en œuvre de mouvements spécifiques.

The precise role of the basal ganglia in the control of motor actions is still under debate. We designed a well-controlled start-stop running paradigm for mice, that enabled to quantify the kinematic parameters associated with motor execution. Extracellular recordings demonstrated that our task massively recruited 8 different functional striatal classes that modulated their activity at distinct phases of the sequential action and immobility. The “what” group comprised Beginning and End neurons which were specifically tuned at the beginning or at the end of the motor sequence, respectively. The “how” group was the most representative and comprised Running, Onset and Offset cells which, cooperatively represented the entire execution of the motor sequence and were well correlated with speed performance. Strikingly, we also reported the presence of the Immobility cells that specifically fired during immobility periods. Comparison of performances during good trials versus spontaneous runs showed that the fraction of the different striatal classes remained stable. However, the fraction of cells with significant sequence-related modulation was prominently decreased in spontaneous compared to good trial runs, and the activity of the Running cells was less correlated with animal's running speed and duration. Our data are consistent with a basal ganglia model where striatal activity is coordinately organized in a temporally precise manner to initiate, maintain and terminate motor sequences. Ongoing experiments with optogenetics techniques (developed during this thesis) will confirm inferred causal relationships of striatal activity to specific motor implementations.