Contribution du globus pallidus lors de la locomotion sous guidage visuel

Abstract

Les nombreuses études cliniques sur les maladies affectant les noyaux gris centraux (NGC) ont montré l’importance des déficits moteurs engendrés par un dysfonctionnement de ces structures. La locomotion est particulièrement affectée chez ces patients, ce qui suggère un rôle important des NGC dans le contrôle de celle-ci. En revanche, très peu d’études fondamentales ont enregistré l’activité des neurones des NGC durant la locomotion chez des modèles intacts. Le globus pallidus, en tant qu’une des principales structures de sortie des NGC, constitue une cible idéale pour étudier le signal transmis par les NGC au thalamus et au tronc cérébral. L’objectif de notre étude est de mieux comprendre la contribution que joue le segment externe du globus pallidus (GPe) dans le contrôle de la locomotion sous guidage visuel. Cette étude constitue le premier rapport d’enregistrements de l’activité des neurones du GPe lors de modifications volontaires de la marche sous guidage visuel. Notre hypothèse générale est que le GPe contribue au contrôle de la locomotion, et particulièrement lors des modifications de la marche. Nous avons enregistré l’activité des neurones du GPe de chats au repos, puis marchant sur un tapis et enjambant des obstacles. Nos résultats ont révélé que la plupart des cellules montraient peu de changements lors de la locomotion non-obstruée par rapport au repos. En revanche, la moitié des neurones enregistrés présentaient une modulation significative de leur décharge durant l’enjambement de l’obstacle. Nous avons observé une majorité de ces cellules qui diminuaient leur fréquence et un tiers de neurones qui l’augmentaient pendant le pas modifié, suggérant que le GPe exerce sur le mouvement un contrôle dépendant du contexte, permettant sélectivement l’augmentation ou la diminution de l’activité motrice. De plus, presque toutes les cellules déchargeaient durant la totalité de la phase de balancement du membre antérieur controlatéral, ce qui semble indiquer une contribution du GPe dans le timing et la durée de cette phase. Finalement, la moitié des neurones présentaient un changement réciproque entre la condition de lead et la condition de trail. Ce résultat suggère que le GPe participerait à la sélection d’action du membre lors des modifications de la marche. Nos résultats illustrent la complexité de l’activité du GPe lors de la locomotion sous guidage visuel et ils sont compatibles avec une contribution plus générale au mouvement que celle exercée par le cortex moteur.

The breadth of clinical studies on diseases affecting the basal ganglia (BG) showed the great degree of the motor deficits induced by a dysfunction of these structures. Locomotion is especially affected in these patients, suggesting a major role of the BG in its control. However, very few fundamental studies have recorded the activity of neurons in the BG during locomotion in intact models. The globus pallidus, as one of the main output structure of BG, is an ideal target for studying the signal transmitted by these nuclei to the thalamus and brainstem. The aim of our study is to better understand the contribution of the external segment of the globus pallidus (GPe) in the control of visually guided locomotion. This study is the first record of the activity of neurons in the GPe during visually guided gait modifications. Our general hypothesis is that the GPe contributes to the control of locomotion, preferentially during gait modifications. We recorded the activity of neurons in the GPe of cats at rest and then walking on a treadmill and stepping over obstacles. Our results indicated that most cells showed little change during unobstructed locomotion, in comparaison to resting activity. However, half of the recorded neurons showed a significant modulation of their discharge during the step over the obstacle. We observed a majority of these cells that decreased their frequency and a third of the neurons which increased their activity during the modified step, thus suggesting that the GPe has a context-dependant control over the movement, allowing the selective increase or decrease of the motor activity. Furthermore, most cells were modulated during the entire swing phase of the contralateral forelimb, suggesting a contribution of GPe in the timing and duration of this phase. Finally, half of the neurons showed a reciprocal change between the lead and the trail conditions. This result suggests that the GPe may be involved in the action selection of the limb during gait modifications. Our results thus illustrate the great complexity of the activity of GPe neurons during visually guided locomotion and they are compatible with a more general contribution of this structure to movement control than that exerted by the motor cortex.