Garder l’équilibre grâce à un duo sensoriel

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Le système vestibulaire témoigne du passage de la vie marine à la vie terrestre

Même s’il s’est produit il y a plus de 300 millions d’années, le passage de la vie marine à la vie terrestre semble avoir laissé des traces sur les mécanismes qui nous permettent de garder notre équilibre.

« Cette découverte sera vraisemblablement source de controverse au sein de la communauté scientifique », affirme Kathy Cullen, chercheuse principale d’une étude qui a fait l’objet d’un article publié récemment dans Nature Communications. La professeure Cullen s’intéresse à cette question depuis plus de dix ans en compagnie de son collègue Maurice Chacron, qui enseigne lui aussi au Département de physiologie de l’Université McGill.

« Nous avons découvert que deux canaux sensoriels transmettent au cerveau l’information sur la façon dont nous nous déplaçons dans l’espace au moyen de deux approches fondamentalement différentes. Il s’agit d’une première », affirme la professeure Cullen. « Qui plus est, nous croyons que le passage de la vie marine à la vie terrestre pourrait expliquer pourquoi ces canaux envoient l’information au cerveau de façon différente. »

Deux types de signaux neuronaux contribuent au maintien de l’équilibre

L’enregistrement et l’analyse de l’activité cérébrale de macaques pendant leurs activités quotidiennes – quête de nourriture, marche, course, déplacements dans les arbres et toilette – ont permis aux chercheurs de découvrir que le cerveau des singes reçoit deux types de signaux très différents lorsqu’ils se déplacent.

« Les scientifiques savaient déjà que deux types de récepteurs détectent les mouvements dans l’oreille interne des animaux terrestres, mais ils n’avaient jamais vraiment compris pourquoi », précise Mohsen Jamali, boursier postdoctoral à l’Université Harvard dont les travaux de doctorat ont mené à cette découverte. « Nous avons découvert que c’est la transmission de deux types très différents de signaux aux neurones cérébraux qui permet le maintien de l’équilibre. L’un de ces signaux est extrêmement fluide, comme la voix suave d’un chanteur de charme qui passe facilement d’une note à l’autre, tandis que l’autre est rapide et survient à des moments bien précis, un peu comme les battements d’un tambour qui s’accordent avec un solo de guitare. »

L’environnement sensoriel du mouvement : de la mer à la terre

Selon les chercheurs, les différents types de signaux émis par ces deux canaux afin de nous aider à percevoir les mouvements de notre corps dans l’espace seraient une conséquence directe des grands changements survenus au cours de l’évolution. Il s’agirait en fait d’une forme d’adaptation aux différentes stratégies nécessaires pour se déplacer au sein d’environnements sensoriels avec des caractéristiques bien différentes.

« Lorsque vous vous imaginez nager dans la mer, vous pouvez alors ressentir la résistance de l’eau sur votre corps ainsi que son effet enveloppant, presque visqueux. Il est donc logique que l’information sur les mouvements que nous effectuons soit transmise au cerveau à l’aide de signaux fluides et faiblement modulés comparables à la voix d’un chanteur », explique le professeur Charron. « Comme le corps est soumis à une résistance beaucoup plus faible sur la terre ferme que dans l’eau, il doit faire preuve d’une plus grande capacité de perception lorsqu’il se déplace afin de pouvoir réagir très rapidement aux changements et maintenir son équilibre. C’est là où une milliseconde de plus ou de moins peut faire toute la différence. »

Améliorer la qualité de vie des personnes atteintes de troubles de l’équilibre

Après avoir découvert ces deux canaux de l’oreille interne dont le rôle consiste à envoyer des signaux sensoriels au cerveau pour contribuer au maintien de l’équilibre, les chercheurs s’efforcent maintenant de comprendre comment le cerveau interprète et traite l’information qui lui est transmise. Ainsi, Kathleen Cullen travaille actuellement avec ses collègues de l’Université Johns Hopkins, à Baltimore, afin de concevoir de meilleurs implants vestibulaires susceptibles d’aider les personnes qui souffrent de vertiges et de troubles de l’équilibre. Les premiers essais cliniques sont en cours, et la professeure Cullen a hâte de pouvoir utiliser les données recueillies afin d’améliorer la qualité de vie de ces personnes.

L’article « Self-motion evokes precise spike timing in the primate vestibular system », par M. Jamali et coll. a été publié dans la revue Nature Communications. DOI : 10.1038/ncomms13229

http://www.nature.com/articles/ncomms13229

Cette étude a été financée par les Instituts de recherche en santé du Canada et les National Institutes of Health Research.

Personnes-ressources :

Kathleen Cullen
Département de physiologie
Université McGill
Kathleen.cullen [at] mcgill.ca (interview en anglais)

Maurice Chacron
Département de physiologie
Université McGill
Maurice.chacron [at] mcgill.ca (interview en français)

Cynthia Lee
Relations médias
Université McGill
cynthia.lee [at] mcgill.ca 
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