Contrôle nerveux de la respiration chez la lamproie

La respiration est une activité motrice rythmique essentielle maintenue tout au long de la vie. Des réseaux de neurones appelés « générateurs de rythme » sont responsables de produire les contractions musculaires rythmiques nécessaires à la respiration et ce, chez l’ensemble des vertébrés. Ces réseaux de neurones sont étudiés chez les mammifères, mais les détails de leur organisation demeurent inconnus. Nous avons eu recours à la lamproie en tant que modèle animal d’un vertébré basal afin d’étudier les réseaux neuronaux de la respiration. Un avantage important de ce modèle expérimental est que nous pouvons enregistrer l’activité nerveuse de groupes/ou de neurones unitaires à même une préparation de tronc cérébral intact in vitro. Chez la lamproie, deux rythmes respiratoires sont observés : un rythme rapide (rythme principal) et un rythme lent. Des études antérieures ont démontré que le rythme rapide est généré au niveau du pôle rostro-latéral du noyau moteur V, une région nommée « groupe respiratoire paratrigéminal (pTRG) » ; alors que le rythme lent serait généré dans la partie caudale du rhombencéphale par un groupe respiratoire caudal (CRG) de neurones.  Les résultats de cette thèse ont d’abord permis de caractériser anatomiquement et physiologiquement les connexions entre le pTRG des deux côtés du cerveau, ainsi que les connexions entre le pTRG et les motoneurones respiratoires. Nous avons trouvé que la région du pTRG comprend différentes populations de neurones : des neurones projetant vers leur homologue controlatéral et des neurones projetant vers les motoneurones respiratoires du même côté, ou des deux côtés. Nos enregistrements de neurones du pTRG ont démontré que l’activité nerveuse de ces derniers est en phase avec le rythme respiratoire. Nous avons également montré que ces neurones possèdent une arborisation axonale complexe, incluant des   projections bilatérales vers les groupes de motoneurones respiratoires dans le tronc cérébral, ainsi que des connexions reliant les pTRGs de chaque côté.  Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé, pour la première fois, la localisation et l’organisation partielle des réseaux neuronaux qui sous-tendent la genèse du rythme respiratoire lent. Des expériences anatomiques ont révélé la présence de populations de neurones distribuées le long des colonnes des motoneurones respiratoires dans la moitié caudale du rhombencéphale, plus précisément dans le tegmentum médian et latéral, dans le rdV, dans la région près du sulcus limitans ainsi qu’à travers et à proximité des noyaux moteurs VII, IX et X. Ces neurones envoient des projections de l’autre côté ainsi que vers le pTRG des deux côtés. Des expériences physiologiques ont montré que l’activation des régions comprenant les différentes populations de neurones du CRG, tout au long des colonnes de motoneurones respiratoires, est en mesure de produire de longues bouffées de décharges caractéristiques du rythme lent. Alors qu’à l’inverse, une inactivation bilatérale d’environ un tiers du rhombencéphale caudal abolit ce rythme (VIIm/IXm/Xm (portion rostrale) et Xm (portion caudale)). De plus, nous avons démontré que nous pouvions abolir le rythme lent sans affecter le rythme rapide, dans une préparation in vitro de tronc cérébral intact. Finalement, des enregistrements intracellulaires ont montré que la région du CRG possède des neurones affichant une activité rythmique en phase avec celle du rythme lent.  Dans leur ensemble, nos résultats démontrent que le pTRG possède des réseaux de neurones présentant des réseaux de connexions pouvant soutenir la synchronisation bilatérale du rythme respiratoire rapide et que des neurones du pTRG peuvent projeter à la fois au pTRG opposé ainsi qu’aux motoneurones des deux côtés, ajoutant ainsi une redondance et une   stabilité au système respiratoire. Enfin, nos résultats démontrent également que le rythme lent est généré par des réseaux neuronaux distribués bilatéralement tout au long des noyaux moteurs du VII, IX et du X, sur toute la longueur du rhombencéphale caudal de la lamproie.Les projections d’un CRG vers son homologue controlatéral, ainsi que les projections vers le pTRG, assurent la synchronisation bilatérale du rythme lent, en plus de son interaction avec le rythme rapide.

Keyphrases: respiration, lamproie, tronc cérébral, pont, bulbe rachidien, contrôle descendant, bilatéralité, CRG, pTRG