Rôles des propriétés intégratives des neurones vestibulaires centraux dans la maturation et la modulation des fonctions vestibulaires chez le xénope

par Gabriel Barrios

Projet de thèse en Neurosciences

Sous la direction de François Lambert.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé , en partenariat avec Institut de neurosciences cognitives et intégratives d'Aquitaine (laboratoire) et de Organisation et Adaptabilité des Systèmes Moteurs (OASM) (equipe de recherche) depuis le 20-07-2020 .


  • Résumé

    Les réflexes d'origine vestibulaires représentent des transformations sensorimotrices complexes de signaux sensoriels multimodaux en actions motrices correctives rapides. Les propriétés intégratives et cellulaires des circuits pré-moteurs vestibulaires sont relativement bien connues chez les vertébrés adultes mais leur émergence pendant le développement reste complétement inconnue. Pendant la métamorphose de l'amphibien, à cause de la complète modification du système posturo-locomoteur, les circuits vestibulo-spinaux vont être profondément réorganisés pour assurer le contrôle de la posture chez l'adulte tandis que les circuits vestibulo-oculaires auront moins besoin de s'adapter à un système oculomoteur qui ne change pas véritablement. Sur la base de leurs propriétés de membrane et leur dynamique de décharge, les neurones vestibulaires centraux présentent des phénotypes électrophysiologiques distincts. Ces propriétés intégratives leur confèrent la faculté d'agir comme des filtres neuronaux passe-bas ou bande-passante qui vont formater le processus sensorimoteur vestibulaire en canaux distincts de traitement fréquentiel de l'information. En effet les précédentes études sur les réflexes vestibulo-oculaires adultes suggèrent que l'expression de propriétés intégratives spécifiques de sous-types neuronaux dans les circuits vestibulo-oculaires pré-moteurs et moteurs détermine largement les capacités du contrôle vestibulaire produit par l'animal. Cependant aucune étude n'a réellement travaillé sur l'expression spécifique d'un phénotype électrophysiologique donné en relation avec la fonction vestibulaire (contrôle du regard, de la posture, communication commissurale) dans laquelle les NVC qui expriment ce phénotype sont impliqués (voies vestibulo-spinales, vestibulo-oculaires, vestibulo-commissurales). Afin de répondre à cette lacune, ce projet de thèse se propose d'étudier les propriétés intégratives des circuits vestibulaires pré-moteurs chez le xénope avant et après métamorphose. Ce modèle va donc permettre d'étudier les propriétés intégratives des différents groupes de NVC impliqués dans la genèse de réflexes vestibulaires plus ou moins remaniés et avec des contraintes sensorimotrices bien différentes. La conséquence attendue est de promouvoir des processus de maturation différentiels des propriétés intrinsèques de membrane entre les neurones vestibulo- oculaires et vestibulo-spinaux et vestibulo-commissuraux en lien avec le patron développemental des comportements oculomoteurs et posturo-locomoteurs. Ce projet utilisera un panel de préparations semi-intactes isolées, de préparations de SNC ou tranches isolées in vitro pour mener des enregistrements intracellulaires (patch-clamp) des NVC, combinés avec la stimulation des afférences et l'enregistrement extracellulaire des nerfs moteurs spinaux ou oculomoteurs. Toutes ces préparations sont déjà utilisées en routine au laboratoire, comme l'atteste nos publications). Des techniques d'imagerie calcique et de marquage anatomique (traçage neuronale et immuno-marquage) seront utilisées en complément de l'électrophysiologie.

  • Titre traduit

    Integrative properties organization of central vestibular neurons involved in maturation and modulation of vestibular functions in xenopus


  • Résumé

    Vestibular-driven reflexes constitute complex sensory-motor transformations of multiple sensory signals into fast corrective motor actions. Integrative cellular and network properties in vestibular premotor circuitry are relatively well known in adult vertebrates but their emergence during the development remains completely unknown. During amphibian metamorphosis, vestibulospinal circuits will be deeply reorganized to insure adult postural control, due to the complete remodeling of the posturo-locomotor system whereas vestibulo-ocular circuits will know a partial maturation process related to the unchanged oculomotor system. Based on their membrane properties and discharge dynamics, central vestibular neurons exhibit different electrophysiological phenotypes, enabling central vestibular neurons to act either as low-pass or band-pass neuronal filters that shape vestibular sensory-motor processing in separate frequency-tuned channels. Indeed, previous findings on adult vestibulo-ocular reflexes have suggested that the expression of cell-specific integrative properties in vestibulo-ocular premotor and motor circuits largely determines the range of vestibular-driven control exhibited by the animal. To address this intriguing yet still untested idea, we now intend to study integrative properties in vestibular premotor circuits in pre- and post-metamorphosis xenopus frog. This amphibian model will give the opportunity to study integrative properties in groups of central vestibular neurons involved in the process of vestibular reflexes more or less reorganized with different sensory-motor constraints. The expecting consequences is to promote differential maturation processes for intrinsic membrane properties between vestibulo-ocular and vestibulo-spinal neurons related to the developmental pattern of oculomotor and posturo-locomotor behaviors. This project will use a panel of semi-intact isolated preparations, in vitro isolated CNS and slice preparations to record central vestibular neurons intracellularly (patch-clamp), combined with vestibular afferent electrical stimulation and extracellular recording of spinal and oculomotor motor nerves. These preparations are use in routine at the laboratory (as demonstrated by publications). Functional calcium imaging technics as well as anatomical technics (neuronal tracing and immuno-staining) will be used to complement the electrophysiology.