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Thèse Zied Oueghlani

Contrôle afférent du réseau locomoteur lombaire chez le rat néonatal intact et spino-lésé.

Le 12 décembre 2018

Date et lieu de soutenance: le 12 décembre 2018 à l’amphi Broca Nouvelle-Aquitaine, Campus Carreire . Directeur de thèse: Grégory Barriere, (INCIA - UMR5287),  équipe "Coordination et Plasticité des Générateurs Spinaux" (CPGs dirigée par Dr. Sandrine Bertrand)


 Located within the spinal cord, the locomotor central pattern generators (CPGs) organize the rhythmical activation of limb muscles
according to specific gait pattern requirements. These CPGs are under the control of supraspinal centers that are involved in the motivational aspect of locomotor behavior, and their activity is constantly modulated by sensory inputs to adapt the locomotor activities to environmental changes.

The aim of my doctoral work was to further understand the dynamic interactions between (1) the supraspinal centers, (2) the CPGs and (3) the sensory inputs in both healthy and spinalized newborn rats. Using the isolated brainstem / spinal cord preparation as an in vitro experimental model, we first showed that manipulating the periodicity and the relative durations of left and right descending reticulospinal commands at the brainstem level is efficient to set the locomotor speed and sustain directional changes.
We next established the interaction between the descending serotonergic pathways and sensory feedback to shape the spinal locomotor outputs during the first postnatal week.

Finally, by combining behavioral, neurochemical and electrophysiological techniques, we showed different but complementary effects of monoaminergic neuromodulators (serotonin, dopamine and norepinephrine) in the expression of locomotor behavior after a spinal cord injury. Our work brings additional data to better understand the afferent control of locomotor spinal CPGs in healthy and spinalized newborn rats.

Keywords: locomotion, CPGs, descending control, sensory afferents, spinal cord injury


Résumé
Lors de la locomotion, la commande rythmique envoyée aux muscles des membres est organisée de manière spatiale et temporelle par les générateurs centraux du patron locomoteur (CPGs) localisés dans la moelle épinière. Ces derniers sont sous le contrôle des centres supraspinaux impliqués dans l'aspect motivationnel du comportement locomoteur dont l’activité est constamment modulée par des afférences sensorielles afin de permettre d'adapter les mouvements aux changements environnementaux. L’objectif majeur de mon travail doctoral était d’explorer les mécanismes des interactions dynamiques entre (1) les centres supraspinaux, (2) les CPGs et (3) les afférences sensorielles dans le contrôle de la locomotion chez le rat nouveau-né intact et spino-lésé. 

En nous appuyant sur le modèle de préparation de tronc cérébral / moelle épinière isolée in vitro, nous avons montré que la manipulation de l’organisation temporelle de la commande locomotrice en provenance de la formation réticulée (située dans le tronc cérébral) est efficace pour ajuster finement l’activité des CPGs locomoteurs. Nous avons ensuite mis en lumière l’importance des voies descendantes sérotonergiques dans l’intégration de l’information sensorielle par les CPGs locomoteurs durant la première semaine postnatale.

Enfin, en combinant des approches comportementales, neurochimiques et électrophysiologiques, nous avons mis en évidence des effets différents mais complémentaires des neuromodulateurs monoaminergiques (sérotonine, dopamine et noradrénaline) dans la réexpression du comportement locomoteur après une lésion spinale. Notre travail ouvre de belles perspectives pour la compréhension du contrôle afférent de la moelle épinière, à la fois dans un contexte non-pathologique et après un traumatisme médullaire.

Mots clefs : Locomotion, CPGs, contrôle descendant, afférences sensorielles, traumatisme médullaire

Publications
 Oueghlani, Z., Simonnet, C., Cardoit, L., Courtand, G., Cazalets, J.-R., Morin, D., Juvin*, L., and Barrière*, G. (2018). Brainstem Steering of Locomotor Activity in the Newborn Rat. J. Neurosci. 38, 7725–7740. *Contributed equally

Oueghlani, Z., Lambert, FM., Cardoit, L., Courtand G, Masméjean, F., Cazalets JR., Barrière, G., (2018). Serotonergic modulation of locomotor outputs induced by sacral dorsal root stimulation in the isolated neonatal rat spinal cord. Article en préparation

Jury

Pr. Patrick DECHERCHI
Professeur, Université d’Aix-Marseille
Rapporteur
Dr. Hélène BRAS 
Chargée de recherche, CNRS, Aix-Marseille 
Rapporteur
Dr. Jérôme BAUFRETON 
Directeur de recherche, CNRS, Bordeaux 
Examinateur
Pr. Marina MARTINEZ 
Assistant Professor, Université de Montréal 
Examinatrice
Dr. Laurent JUVIN 
Maitre de conférences, Université de Bordeaux 
Membre Invité
Dr. Grégory BARRIERE 
Chargé de recherche, CNRS, Bordeaux 
Directeur de Thèse