Effet d’une neurectomie vestibulaire unilatérale sur l’activité des cellules directionnelles

L’objectif principal de ce projet dans le domaine des Neurosciences Intégratives et Cognitives est de comprendre comment une perte vestibulaire unilatérale affecte l’activité des neurones nécessaires à l’orientation spatiale, et plus particulièrement des cellules directionnelles du thalamus antérodorsal. Le système vestibulaire est un système sensorimoteur dont les fonctions sont assurées grâce à la présence de récepteurs vestibulaires (canaux semi-circulaires et organes otolithiques) dans l’oreille interne, sensibles aux accélérations angulaires et linéaires. Ces informations sont véhiculées jusqu’aux noyaux vestibulaires du tronc cérébral avant de transiter par des relais thalamiques et d’être projetées dans un ensemble très varié d’aires corticales. Les signaux vestibulaires sont impliqués dans de nombreuses fonctions, en particulier dans le contrôle de la posture et de la locomotion, dans la stabilisation du regard, mais également dans des fonctions cognitives comme l’orientation spatiale. Alors qu’un grand nombre de travaux ont été conduits sur les modèles de perte totale des signaux vestibulaires, peu d’études se sont intéressées à la perte unilatérale de l’information vestibulaire. Dans ce cas, on observe l’apparition d’un syndrome vestibulaire caractéristique, composé d’une multitude de symptômes différentes affectant l’ensemble des fonctions vestibulaires. Au cours du temps, il est cependant possible d’observer la disparition progressive et spontanée des troubles fonctionnels grâce au phénomène de compensation vestibulaire. Nos premiers résultats indiquent que, bien que les déficits posturo-locomoteurs disparaissent progressivement, les déficits mnésiques ne semblent pas s’atténuer lors de la phase de compensation. En parallèle, nous avons montré que plusieurs marqueurs de plasticité post-lésionnelle réactionnelle sont exprimés dans différents structures cérébrales du réseau spatial. Toutefois, il est impossible de comprendre si et comment cette lésion affecte les propriétés fonctionnelles des neurones qui appartiennent au réseau cérébral dévolu au traitement de l’espace. Ce projet vise donc à apporter des réponses aux déficits observés précédemment au niveau comportemental après perte vestibulaire unilatérale, en s’intéressant aux cellules directionnelles qui sont un corrélat neuronal de la mémoire spatiale.

Ce projet nous permettra de mieux caracteriser les effets induits par une perte vestibulaire unilatérale affecte l’activité cérebrale, et de mieux comprendre les propriétes fonctionelles des neurones directionels, impliqués dans la navigation spatiale.

Les animaux (N=15) seront d’abord soumis à une procédure chirurgicale d’implants d’électrodes. Ils seront ensuite soumis à une procédure comportementale et d’enregistrement de l’activité neuronale pendant 1 mois, le temps de recueillir un nombre minimum de cellules directionnelles de n=30. Une fois ce nombre atteint, ils subiront une neurectomie vestibulaire unilatérale. Après une semaine de récupération, ils repasseront dans la procédure comportementale et d’enregistrement de l’activité neuronale pendant 2 mois. Enfin au bout de ces 2 mois post NVU, ils seront mis à mort.

Les animaux subiront deux chirurgies : une première chirurgie pour implanter des électrodes au sein de la structure visée (le thalamus antérodorsal), et l’autre pour induire une perte vestibulaire unilatérale. Ces points seront discutés davantage dans les sections des procédures expérimentales. Lleur alimentation sera contrôlée pendant la tâche comportementale et d’enregistrement puisqu’ils seront maintenus à leur poids initial et ne disposeront pas de nourriture illimitée. Enfin, les animaux seront hébergés individuellement pour des raisons de sécurité.

A l’issue de la procédure n°1 qui consiste à implanter des électrodes dans le thalamus antérodorsal, les rats subiront la procédure n°3 qui consiste en une tâche comportementale durant laquelle l’activité neuronale est enregistrée. Après 1 mois, les animaux subiront la procédure n°2 qui consiste à réaliser une neurectomie vestibulaire unilatérale. Après 1 semaine de récupération post-opératoire ils retourneront dans la procédure n°3 pendant 2 mois. Enfin, ils seront mis à mort.

Le projet porte sur l’enregistrement de l’activité de neurones in vivo lors d’une tâche comportementale. La nature même de ce projet ne permet pas d’envisager de remplacement in vitro ou in silico. De plus, au regard du caractère invasif des procédures, elles ne peuvent pas être conduites chez l’humain. L’utilisation du modèle rat présente de nombreux avantages, notamment dans l’étude des déficits engendrés par une perte vestibulaire unilatérale. En effet, ce modèle permet une bonne reproduction du syndrome vestibulaire rencontré chez différentes espèces tout en présentant la particularité de présenter une courte phase de déficits fonctionnels post-lésionnels. Ce gain temporel est avantageux pour la compréhension des mécanismes qui sous-tendent les déficits fonctionnels. De plus, le modèle rat est classiquement utilisé dans l’étude des cellules directionnelles. Nous pourrons donc comparer nos résultats aux résultats préexistants dans la littérature mais également aux résultats antérieurs de l’équipe, réalisés également sur modèle rat. La présente étude s’intéresse aux signaux directionnels chez l’adulte, après neurectomie vestibulaire unilatérale. L’étude de ces mécanismes sera donc réalisée sur des rats adultes afin de s’assurer d’être sorti de la période développementale. Par ailleurs, pour un rat, la maturation des neurotransmetteurs et la densité synaptique est atteinte à + de 8 semaines (Semple et al., 2013). Il est donc nécessaire de travailler sur des rats adultes d’au moins 10 semaines pour qu’une maturation complète du système nerveux central soit présente. Nous avons fait le choix de travailler sur des rats adultes, âgés de 3 mois au début du protocole expérimental pour ces raisons.