Rôle des noyaux subthalamique et pédonculopontin dans la marche et le contrôle postural chez l'Homme : approche électrophysiologique, anatomique et comportementale

Role of the subthalamic and pedonculopontine nuclei in gait and postural control in humans : electrophysiological, anatomical and behavioral approach

• Auteur / Autrice : Antoine Collomb-Clerc
• Direction : Marie-Laure Welter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives
• Date : Soutenance le 06/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Tallon-Baudry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Grabli, Alain Berthoz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Houeto, Arnaud Delval

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étiologie

Troubles de la locomotion

Stimulation cérébrale profonde

Physiologie

Noyau subthalamique

Mots clés libres

Marche

Equilibre

Noyau subthalamique

Noyau pédonculopontin

Stimulation cérébrale profonde

Maladie de Parkinson

Gait and posture control

Deep brain neurophysiology

Pedonculopontin nucleus

Résumé

Les études neurophysiologiques de la locomotion ont été en très grande majorité conduites chez l’animal. Elles ont permis de mettre en évidence une région locomotrice dans le mésencéphale, dans laquelle le noyau pédonculopontin (NPP) joue un rôle prépondérant. Des troubles de la marche et de l’équilibre dans la maladie de Parkinson sont en lien avec la perte de neurones cholinergiques dans le NPP, mais également avec la dysfonction dopaminergique dans les ganglions de la base. L’activité du noyau subthalamique (NST) est impactée par la perte dopaminergique. Recevant de nombreuses afférences corticales et ayant une connectivité réciproque forte avec le PPN, la connectivité du NST suggère son importance pour le contrôle locomoteur. Néanmoins, il existe peu de données sur le rôle du NST et du NPP dans le contrôle de la marche et de l’équilibre chez l’Homme. Ce manuscrit regroupe des enregistrements électrophysiologiques du NST pendant l’initiation de la marche, une étude de l’effet de la fréquence de la stimulation cérébrale profonde du NST sur l’initiation de la marche en contexte de charge cognitive, une étude par immunohistochimie de la région du NPP chez l’Homme, et des données préliminaires d’activité électrophysiologique du NPP pendant une tâche de marche imaginaire et l’initiation de la marche. Ensemble, ces données participent à une meilleure compréhension des bases anatomo-fonctionnelles du contrôle de la marche et de l’équilibre chez l’Homme. De plus, la mise en évidence de marqueurs électrophysiologiques des troubles de la marche et de l’équilibre laisse à penser que la prise en charge de ces troubles est possible par stimulation cérébrale profonde.

Neurophysiological studies of locomotion have been in majority driven on animal models. These approaches led to the identification of a mesencephalic locomotor region in which the pedonculopontin nucleus (PPN) plays a preponderant role. Gait and posture disabilities in Parkinson’s disease were linked with a loss of cholinergic neurons in the PPN as well as a dopaminergic dysfunction in the basal ganglia. The activity in the subthalamic nucleus (STN) is impacted by the dopaminergic loss. The STN receives numerous cortical inputs and is reciprocally connected with the PPN, suggesting an important role of the STN in the locomotor control. However, few data exist on the role of the STN and the PPN in gait and balance control in humans. This manuscript regroups electrophysiological recordings of the STN during gait initiation, a study of the effect of deep brain stimulation frequency of gait initiation in the context of cognitive load, an immunochemistry study of the region of the PPN in human, and preliminary results of the electrophysiological activity of the PPN during virtual gait and real gait initiation. Together, these data participate to a better understanding of the anatomo-functional basis of the gait and balance control in human. Moreover, the identification of electrophysiological markers of gait and balance dysfunction suggest that a deep brain stimulation may be relevant for their alleviation.