Les motoneurones, les cellules nerveuses qui contrôlent les muscles, ont la réputation d’être des messagers passifs. Mais de plus en plus de preuves suggèrent qu'ils font plus que simplement relayer les commandes du cerveau.
Les travaux sur les mouches des fruits suggèrent que les motoneurones peuvent renvoyer des signaux au cerveau pour aider à organiser les séquences de mouvements qu'ils effectuent, rapportent des chercheurs le 24 août dans Neurosciences naturelles.
Même lorsque les muscles et les motoneurones impliqués dans un mouvement sont cartographiés, les scientifiques ne comprennent toujours pas pleinement comment le système nerveux génère des séquences de mouvements coordonnées. Par exemple, les mouches à fruits qui sucent (Drosophile melanogaster) pour se nourrir nécessite sept paires de muscles dans la bouche de la mouche des fruits, chacun contrôlé par une paire de motoneurones. Les muscles se contractent selon une séquence précise, générant des changements de pression rythmiques rapides qui attirent les aliments vers l'intérieur. « Cela ressemble beaucoup à la façon dont un nourrisson tète », explique Dong-Gen Luo, neuroscientifique à l'Université de Pékin.
En 2016, le groupe de Luo étudiait la perception du goût et non le mouvement. Mais lorsque le neuroscientifique Xiu-Wen Sui, alors titulaire d'un doctorat, a étudié. étudiant à l'Université de Pékin, a accidentellement déclenché une succion répétitive, l'équipe a trouvé ce comportement fascinant et a décidé de l'étudier.
Sui, Luo et leurs collègues ont enregistré l'activité des motoneurones individuels pendant que les mouches se nourrissaient, une tâche délicate qui impliquait l'insertion de minuscules électrodes dans leur cerveau. L’équipe a découvert que certains motoneurones ne se contentaient pas d’exécuter des commandes, mais renvoyaient également des signaux au cerveau. Ces signaux, à leur tour, ont aidé à déterminer quand le prochain motoneurone de la séquence deviendrait actif.
Luo compare ce processus à une chaîne de dominos qui tombent. Les motoneurones contrôlant la troisième paire de muscles reçoivent des commandes du cerveau et font deux choses à la fois : ils activent leurs muscles cibles tout en disant également au cerveau de relâcher les « freins » sur la paire de motoneurones suivante. Ensuite, la paire suivante répète la même étape, en transmettant la séquence à la cinquième paire de neurones. L'article n'explique pas comment les sept paires de muscles sont coordonnées pendant la succion.
La possibilité de desserrer le frein uniquement en cas de besoin et lorsque les conditions réelles le permettent pourrait améliorer la stabilité et la précision du contrôle du moteur, explique Luo. C'est un principe qui pourrait potentiellement être exploité pour aider les robots à réaliser des mouvements plus fluides et plus adaptatifs, dit-il.
Cette découverte rassemble deux axes de recherche auparavant distincts, explique le neuroscientifique Maarten Zwart de l'Université de St. Andrews en Écosse. Imaginez les motoneurones comme des soldats sur un champ de bataille. Les scientifiques savaient déjà que les soldats étaient guidés par leurs commandants pour agir selon une séquence coordonnée. D'autres études avaient également montré que ces soldats pouvaient renvoyer des messages aux commandants. Ce que révèle cette étude, c’est que ces messages peuvent aider à déterminer quand le prochain soldat sera autorisé à agir.
Certains détails des mécanismes neuronaux sous-jacents peuvent différer entre les mouches et les vertébrés, explique Zwart. Il n’y a donc « pas de réponse simple » quant à savoir si des principes similaires s’appliquent également aux humains.