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Thèse Morgane Le Bon - Jego

Long term functional changes induced in a sensory-motor network: 5HT neuromodulation and post-lesional plasticity of the network controlling the coxo-basal joint in crayfish.

Le 28 novembre 2003

Résumé


 L’adaptabilité du fonctionnement des réseaux nerveux organisateurs de commande motrice est essentielle pour maintenir leur efficacité dans un environnement changeant. Nous avons étudié, sur une préparation in vitro du réseau neuronal contrôlant l’articulation coxo-basale de la patte chez l’écrevisse, deux mécanismes modifiant le fonctionnement du réflexe de résistance. Ce réflexe est un élément clé du maintien postural chez l’animal. En utilisant une combinaison d’approches anatomique, électrophysiologique, pharmacologique et de simulation numérique, nous avons, dans un premier temps, précisé l’organisation des voies sensori-motrices impliquées dans ce réflexe. Puis, nous avons étudié les modifications fonctionnelles de ce réseau dans deux contextes :
1) Nous avons montré que la 5HT induit une augmentation du gain du réflexe de résistance. La réponse réflexe des motoneurones augmente jusqu’à 300 %, par une multiplicité d’effets coopératifs sur différentes cibles. Les motoneurones, légèrement dépolarisés présentent une augmentation notable de leur résistance d’entrée. Cependant, l’effet majeur de la 5HT se porte sur les interneurones du circuit réflexe dont l’excitabilité et la transmission synaptique vers les motoneurones sont accrues.
2) Dans un contexte très différent, nous avons analysé la plasticité post-lésionnelle des voies sensori-motrices après section du nerf sensoriel. Nous avons montré que les neurones privés de leur corps cellulaire ne dégénèrent pas mais, en l’absence d’activité, le fonctionnement de leurs synapses est modifié. Si, fonctionnellement, les connexions monosynaptiques disparaissent 20 jours après la perte du propriocepteur, les voies polysynaptiques persistent encore jusqu’à six mois. Lorsque toutes les connexions sont devenues inefficaces, il est possible de les restaurer par un protocole de stimulation électrique du nerf sensoriel.
En conclusion, ces données suggèrent que l’étage interneuronal joue un rôle capital dans le réglage du fonctionnement de ce réseau, tant en ce qui concerne la neuromodulation sérotoninergique que le maintien de la fonctionnalité des voies sensori-motrices.

 

Long term functional changes induced in a sensory-motor network: 5HT neuromodulation and post-lesional plasticity of the network controlling the coxo-basal joint in crayfish.


SUMMARY:
The adaptability of the operation of neural networks organizing motor command is essential to maintain their efficacy in a changing environment. We have studied, in the in vitro preparation of the neural network controlling the coxo-basal joint of the crayfish leg, two mechanisms that modify the efficacy of the resistance reflex. This reflex is a key element of postural control in behaving crayfish. Using a combination of approaches comprising anatomy, electrophysiology, pharmacology and numerical simulations we have, in a first step, analyzed the organization of the sensory-motor pathways involved in the resistance reflex. Then, we have studied the functional changes occurring in this network in two situations:
1) We have shown that 5HT induced an enhancement of the gain of the resistance reflex. The reflex response in MNs is increased by up to 300% via a multiplicity of effects on different targets that act cooperatively. Motoneurons display a small tonic depolarization, and their input resistance is largely increased. However, the major effect of 5HT is on interneurons of the polysynaptic pathways, whose excitability and synaptic transmission onto motoneurons are enhanced.
2) In a very different situation, we have analyzed post-lesional plasticity in sensory-motor pathways induced by the section of the sensory nerve. We have shown that the sensory neurons deprived of their cell body do not degenerate, but in the absence of sensory activity their synaptic transmission is modified. Although, monosynaptic connections disappear 20 days after proprioceptor ablation, polysynaptic connections remain functional for up to 6 months. Then all synaptic connections from the sensory neurons become ineffective. They can, however, be restored by the application of an electrical stimulation protocol to the sensory nerve.
In conclusion, these results suggest that interneurons of the polysynaptic pathways play a key role in organizing and maintaining the functional operations of this sensory-motor network, both for 5HT neuromodulation and post-lesional plasticity.