Connectivité fonctionnelle entre le noyau sensoriel principal du trijumeau et le noyau moteur du trijumeau

Abstract

Les mouvements masticatoires sont générés par un réseau neuronal localisé dans le tronc cérébral connu sous le nom de générateur de patron central (GPC). De plus en plus d’évidences dans la littérature associent le noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr) au cœur rythmogène du GPC masticatoire, bien qu’il soit traditionnellement considéré comme un relais sensoriel au thalamus. La présente étude amène une nouvelle preuve de connectivité fonctionnelle entre le NVsnpr et le noyau moteur du trijumeau (NVmt) contenant les motoneurones (MNs) innervant les différents muscles masticatoires. Nos résultats indiquent que les neurones projetant vers NVmt sont situés dans le ¾ dorsal du NVsnpr. La stimulation électrique dans le NVsnpr dorsal évoque des réponses synaptiques excitatrices multiphasiques dans les MNs trigéminaux tandis que l'application locale de BAPTA, connue pour induire une activité rythmique dans les neurones du NVsnpr, évoqua aussi une activité rythmique dans les MNs, supportant davantage la relation fonctionnelle entre ces deux noyaux en termes de transmission de rythme. En imagerie calcique, la stimulation électrique de NVsnpr évoquait des réponses calciques dans les MNs situées principalement dans la région dorsolatérale contenant les MNs des muscles de fermeture et révéla un patron spécifique de connectivité entre les deux noyaux. L'organisation des projections semblait dépendre de manière critique de la localisation dorso-ventrale du site de stimulation au sein du NVsnpr. La principale tendance observée concernait la région DL de NVmt recevant des inputs du NVsnpr dorsal (R1 et R2), alors que la région ventromédiane de NVmt recevait plutôt des inputs de R2 et R3, qui représentent la majeure partie de la région intermédiaire du NVsnpr. Cette étude confirme et développe les expériences antérieures en explorant la nature physiologique et la topographie fonctionnelle de la connectivité entre NVsnpr et NVmt.

Masticatory movements are generated by a brainstem neuronal network known as the central pattern generator (CPG). Increasing evidence associate the trigeminal main sensory nucleus (NVsnpr) to the rhythmogenic heart of the masticatory CPG, despite the fact that it is conventionally seen as a sensory relay to the thalamus. The present study provides new evidence of a functional connectivity between NVsnpr and the trigeminal motor nucleus (NVmt), known to contain all the motoneurons (MNs) innervating jaw muscles. Our results indicate that neurons projecting to NVmt are located in the dorsal ¾ region of NVsnpr. Electrical stimulation of the dorsal NVsnpr induced multiphasic excitatory synaptic responses in trigeminal MNs while BAPTA application, which causes NVsnpr neurons to fire rhythmically, also induced rhythmic firing in some MNs, further emphasizing the functional relationship between these two nuclei in terms of rhythm transmission. In our calcium imaging experiments, electrical stimulation of NVsnpr evoked calcium responses in MNs located mainly in the jaw-closing region of NVmt and revealed a specific pattern of connectivity between the two nuclei. The organization of the projections seemed to depend critically on the dorsoventral location of the stimulation site within NVsnpr. The dorsolateral region of NVmt received mainly inputs from the dorsal NVsnpr (R1 and R2), whereas the ventromedial region of NVmt was found to receive inputs from R2 and R3 which account for the major part of the intermediate division of the NVsnpr. This study confirms and develops earlier experiments by exploring the physiological nature and functional topography of the connectivity between NVsnpr and NVmt that was demonstrated in the past with neuroanatomical techniques.