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Thèse Dimitri Ryczko

"Dynamique de l’organisation fonctionnelle des réseaux locomoteurs chez la salamandre : du module rythmogène à une palette de modes locomoteurs.

Le 19 décembre 2008

Résumé

La genèse et la coordination des mouvements locomoteurs chez la salamandre sont assurées par un réseau neuronal spinal, le générateur central de patrons rythmiques (Central Pattern Generator, CPG). Des données théoriques et neurobiologiques obtenues chez la salamandre et d’autres espèces, comme la lamproie, ou l’embryon de Xénope, suggèrent que ce CPG est constitué d’une double chaîne d’oscillateurs couplés, assurant l’activation et la coordination des muscles axiaux et des membres au cours de la locomotion. Les couplages au sein de ce réseau d’oscillateurs varient de manière dynamique, assurant des combinaisons fonctionnelles différentes suivant le mode locomoteur utilisé.
L’objectif de mon travail doctoral était : a) d’identifier l’architecture globale du CPG locomoteur de la salamandre, et d’en analyser la dynamique in vitro; b) de relier cette dynamique à celle, exprimée sous forme d’habiletés locomotrices, par la salamandre in vivo.
Ces questions ont été abordées au moyen d’enregistrements électophysiologiques sur moelle épinière isolée, et lors de la locomotion chez l’animal intact.
Les résultats obtenus suggèrent une conservation phylogénétique de l'architecture du réseau axial, des Agnathes aux Amphibiens. Le réseau axial est constitué d’une double chaîne d’oscillateurs hémi-segmentaires couplés. L’activité rythmique engendrée au sein de chaque hémi-segment résulte de l’excitation récurrente de neurones excitateurs (glutamatergiques) interconnectés, et l’alternance gauche-droite de l’activation de la double chaîne d’oscillateurs est assurée par des connexions inhibitrices (glycinergiques) entre hémi-segments. De plus, la fréquence de la double chaîne d’oscillateurs axiaux est contrôlée par des influences provenant des oscillateurs appendiculaires, de fréquence intrinsèque plus basse. Enfin, nos données mettent en évidence une grande flexibilité des coordinations intersegmentaires in vitro, et une grande richesse des modes locomoteurs exprimés in vivo.
En conclusion, nos résultats suggèrent que la dynamique du CPG locomoteur observée in vitro, fournit à l’animal un ensemble de combinaisons modulaires possibles, parmi lesquelles certaines (attracteurs) seront préférentiellement exprimées in vivo. Les combinaisons intermédiaires fournissent un support robuste et flexible, permettant à l’animal d’adapter rapidement son mode locomoteur aux conditions environnementales.

 U 862
Equipe Frédéric Nagy

Mention Science Biologiques et Médicales

Mots clés salamandre, locomotion, CPG, rythmogénèse, coordination, oscillateurs

Neurosciences et Pharmacologie

Adresse du laboratoire
Laboratoire de physiopathologie des réseaux neuronaux médullaires (F. Nagy), INSERM U862 146 rue Léo saignat, 33087 Bordeaux cedex

Focus


Dimitri Ryczko a préparé sa thèse sous la direction et dans l'équipe de Jean Marie Cabelguen

 

Spot ! Un modèle numérique du réseau de neurones régissant la locomotion chez la salamandre, intégré dans Le « robot salamandre clic ! » de Jean Marie Cabelguen et Dimitri Ryczko, voir aussi les vidéos ..

Jury

Rapporteurs
M. Réjean DUBUC, PU Québec Montréal,
M Keith SILLAR, PU University St Andrews, UK
Examinateurs
M. Bernard BIOULAC, PU Univ. Bordeaux 2, France
M. Denis COMBES, PU Univ. Bordeaux 1, France,
M. Sten GRILLNER, Prof,Stockholm Karolinska Institute, Sweden
DR
M. Jean-Marie CABELGUEN, PU Bordeaux 1, France

Publications récentes

Chevallier S, Jan Ijspeert A, Ryczko D, Nagy F, Cabelguen JM. (2008)
Organisation of the spinal central pattern generators for locomotion in the salamander: biology and modelling. Brain Res Rev. 57(1):147-61.
Ijspeert AJ, Crespi A, Ryczko D, Cabelguen JM. (2007)
From swimming to walking with a salamander robot driven by a spinal cord model. Science. 315(5817):1416-20.