Selon une nouvelle étude, un ancien circuit cérébral, qui permet aux yeux de tourner par réflexe vers le haut lorsque le corps s’incline, s’ajuste tôt dans la vie, au fur et à mesure du développement de l’animal.
Dirigée par des chercheurs de la NYU Grossman School of Medicine, l’étude porte sur la manière dont les vertébrés, qui comprennent les humains et les animaux, depuis les poissons primitifs jusqu’aux mammifères, stabilisent leur regard lorsqu’ils se déplacent. Pour ce faire, ils utilisent un circuit cérébral qui transforme tout changement d’orientation détecté par le système d’équilibre (vestibulaire) de leurs oreilles en un contre-mouvement instantané de leurs yeux.
Appelé réflexe vestibulo-oculaire, le circuit permet une perception stable de l’environnement. Lorsqu’il est brisé – par un traumatisme, un accident vasculaire cérébral ou une maladie génétique – une personne peut avoir l’impression que le monde rebondit à chaque fois que sa tête ou son corps bouge. Chez les vertébrés adultes, celui-ci et d’autres circuits cérébraux sont réglés par le feedback des sens (organes de la vision et de l’équilibre). Les auteurs de l’étude actuelle ont été surpris de constater que, en revanche, l’apport sensoriel n’était pas nécessaire à la maturation du circuit réflexe chez les nouveau-nés.
Publié en ligne le 2 janvier dans la revue Sciencel’étude comportait des expériences réalisées sur des larves de poisson zèbre, qui ont un réflexe de stabilisation du regard similaire à celui des humains. De plus, les poissons zèbres sont transparents, de sorte que les chercheurs ont littéralement observé la maturation des cellules cérébrales appelées neurones pour comprendre les changements qui permettent à un poisson nouveau-né de faire pivoter ses yeux de manière appropriée lorsque son corps s’incline vers le bas (ou ses yeux vers le bas lorsque son corps s’incline vers le haut).
“Découvrir comment se forment les réflexes vestibulaires peut nous aider à trouver de nouvelles façons de contrer les pathologies qui affectent l’équilibre ou les mouvements oculaires”, explique l’auteur principal de l’étude, David Schoppik, PhD, professeur agrégé aux départements d’oto-rhino-laryngologie – chirurgie de la tête et du cou, neurosciences et Physiologie et Institut de neurosciences de NYU Langone Health.
Inclinaisons en une fraction de seconde
Pour tester l’hypothèse de longue date selon laquelle le réflexe est réglé par un retour visuel, l’équipe de recherche a inventé un appareil permettant de susciter le réflexe en inclinant et en surveillant les yeux du poisson zèbre aveugle depuis sa naissance. L’équipe a observé que la capacité du poisson à contre-tourner ses yeux après une inclinaison était comparable à celle des larves qui pouvaient voir.
Bien que des études antérieures aient établi que les apports sensoriels aident les animaux à apprendre à se déplacer correctement dans leur environnement, les nouveaux travaux suggèrent qu’un tel réglage du réflexe vestibulo-oculaire n’entre en jeu qu’une fois que le réflexe est complètement mûr. Remarquablement, une autre série d’expériences a montré que le circuit réflexe atteint également sa maturité au cours du développement sans l’intervention d’un organe vestibulaire sensible à la gravité appelé l’utricule.
Étant donné que le réflexe vestibulo-oculaire peut mûrir sans retour sensoriel, les chercheurs ont émis l’hypothèse que la partie du circuit cérébral à maturation la plus lente doit donner le rythme du développement du réflexe. Pour trouver la partie limitante, l’équipe de recherche a mesuré la réponse des neurones tout au long du développement lorsqu’ils inclinaient le corps du poisson zèbre en une fraction de seconde.
Les chercheurs ont découvert que les neurones centraux et moteurs du circuit présentaient des réponses matures avant que le réflexe ait fini de se développer. Par conséquent, la partie la plus lente du circuit à mûrir ne pourrait pas se trouver dans le cerveau comme on l’a longtemps supposé, mais plutôt à la jonction neuromusculaire – l’espace de signalisation entre les motoneurones et les cellules musculaires qui déplacent l’œil. Une série d’expériences a révélé que seul le rythme de maturation de la jonction correspondait à la vitesse à laquelle les poissons amélioraient leur capacité à contre-tourner leurs yeux.
À l’avenir, l’équipe du Dr Schoppik recevra des fonds pour étudier son circuit nouvellement détaillé dans le contexte de troubles humains. Les travaux en cours explorent comment les défaillances du développement des motoneurones et des jonctions neuromusculaires conduisent à des troubles du système moteur oculaire, notamment un désalignement courant des yeux appelé strabisme (c’est-à-dire œil paresseux, yeux louches).
Juste en amont des motoneurones dans le circuit vestibulo-oculaire se trouvent les interneurones qui sculptent les informations sensorielles entrantes et intègrent ce que les yeux voient avec les organes de l’équilibre. Une autre subvention du Dr Schoppik vise à mieux comprendre comment la fonction de ces cellules est perturbée à mesure que les circuits d’équilibre se développent, dans le but d’aider les cinq pour cent des enfants aux États-Unis aux prises avec une forme de problème d’équilibre.
“Comprendre les principes de base de la façon dont les circuits vestibulaires émergent est une condition préalable pour résoudre non seulement les problèmes d’équilibre, mais également les troubles du développement cérébral”, explique l’auteur de la première étude, Paige Leary, PhD. Elle était une étudiante diplômée du laboratoire du Dr Schoppik qui a dirigé l’étude, mais a depuis quitté l’établissement.
Avec les Drs. Schoppik et Leary, auteurs de l’étude des départements d’oto-rhino-laryngologie – chirurgie de la tête et du cou, des neurosciences et de la physiologie, et de l’Institut des neurosciences de NYU Langone Health, comprenaient Céline Bellegarda, Cheryl Quainoo, Dena Goldblatt et Basak Rosti. Le travail a été soutenu par les National Institutes of Health par le biais des subventions R01DC017489 et F31DC020910 de l’Institut national sur la surdité et des troubles de la communication, et par la subvention F99NS129179 de l’Institut national pour les troubles neurologiques et les accidents vasculaires cérébraux. La National Science Foundation a également soutenu l’étude grâce à la bourse de recherche supérieure DGE2041775.
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