{"id":4866,"date":"2026-09-11T13:54:45","date_gmt":"2026-09-11T13:54:45","guid":{"rendered":"http:\/\/french.arabpsychology.com\/experiments\/experiences-generateur-rythme-central-sten-grillner\/"},"modified":"2026-09-11T13:54:45","modified_gmt":"2026-09-11T13:54:45","slug":"experiences-generateur-rythme-central-sten-grillner","status":"publish","type":"psych_experiment","link":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/?psych_experiment=experiences-generateur-rythme-central-sten-grillner","title":{"rendered":"Les exp\u00e9riences sur le g\u00e9n\u00e9rateur de rythme central – Sten Grillner"},"content":{"rendered":"

L’exploration neurobiologique de la motricit\u00e9 a longtemps \u00e9t\u00e9 domin\u00e9e par une vision hi\u00e9rarchique et r\u00e9flexologique o\u00f9 le mouvement r\u00e9sultait soit d’une cha\u00eene ininterrompue de r\u00e9troactions sensorielles p\u00e9riph\u00e9riques, soit d’un contr\u00f4le descendant permanent et pointilleux \u00e9manant des centres corticaux sup\u00e9rieurs. Au cours de la seconde moiti\u00e9 du XXe si\u00e8cle, une r\u00e9volution conceptuelle majeure s’est op\u00e9r\u00e9e au confluent de l’\u00e9lectrophysiologie, de la pharmacologie et de la neuro\u00e9thologie : la mise en \u00e9vidence formelle des g\u00e9n\u00e9rateurs de rythme centraux, ou Central Pattern Generators<\/em> (CPG). Ces r\u00e9seaux neuronaux autonomes, situ\u00e9s au sein de la moelle \u00e9pini\u00e8re et du tronc c\u00e9r\u00e9bral, sont intrins\u00e8quement capables d’\u00e9laborer, de coordonner et d’entretenir des patrons moteurs rythmiques complexes sans n\u00e9cessiter de r\u00e9troaction sensorielle aff\u00e9rente ni de commande motrice phasique descendante.<\/p>\n

Au c\u0153ur de cette avanc\u00e9e scientifique capitale se dressent les travaux monumentaux de Sten Grillner<\/a> et de son \u00e9quipe au prestigieux Institut Karolinska<\/a> de Stockholm. En choisissant d’aborder la question locomotrice non pas \u00e0 travers la complexit\u00e9 inextricable des mammif\u00e8res sup\u00e9rieurs, mais par le biais d’un mod\u00e8le vert\u00e9br\u00e9 phylog\u00e9n\u00e9tiquement ancestral \u2014 la lamproie \u2014, Sten Grillner a r\u00e9alis\u00e9 un tour de force exp\u00e9rimental sans pr\u00e9c\u00e9dent. En combinant l’\u00e9lectrophysiologie cellulaire fine, la pharmacologie des canaux ioniques membranaires, la mod\u00e9lisation math\u00e9matique et la biom\u00e9canique computationnelle, il a d\u00e9chiffr\u00e9 pour la premi\u00e8re fois dans l’histoire des neurosciences l’architecture micro-circuitique int\u00e9grale d’un syst\u00e8me moteur chez un vert\u00e9br\u00e9.<\/p>\n

Cet article propose une immersion exhaustive au sein des exp\u00e9rimentations fondamentales de Sten Grillner. En parcourant les d\u00e9bats historiques opposant Charles Sherrington \u00e0 Thomas Graham Brown, en diss\u00e9quant la m\u00e9thodologie de la locomotion fictive in vitro, en analysant les propri\u00e9t\u00e9s biophysiques des interneurones spinaux et des r\u00e9cepteurs NMDA, et en explorant les retomb\u00e9es contemporaines allant de la mod\u00e9lisation cybern\u00e9tique \u00e0 la r\u00e9habilitation des patients m\u00e9dullol\u00e9s\u00e9s, nous mettrons en lumi\u00e8re la mani\u00e8re dont ces recherches ont red\u00e9fini notre compr\u00e9hension de la motricit\u00e9 animale et humaine, ancrant d\u00e9finitivement la neurobiologie du mouvement dans une perspective incarn\u00e9e et \u00e9volutive.<\/p>\n

1. Introduction historique et fondements conceptuels du g\u00e9n\u00e9rateur de rythme central<\/h2>\n

1.1 \u00c9mergence du concept de g\u00e9n\u00e9rateur de rythme central en neurobiologie<\/h3>\n

La notion de g\u00e9n\u00e9rateur de rythme central (CPG) constitue l’un des piliers conceptuels les plus structurants de la neurophysiologie contemporaine. D’un point de vue fonctionnel, un CPG se d\u00e9finit comme un r\u00e9seau neuronal micro-organis\u00e9, confin\u00e9 au sein d’une structure sous-corticale \u2014 principalement la moelle \u00e9pini\u00e8re ou le tronc c\u00e9r\u00e9bral \u2014, poss\u00e9dant la propri\u00e9t\u00e9 intrins\u00e8que de g\u00e9n\u00e9rer une commande motrice rythmique et spatio-temporellement organis\u00e9e destin\u00e9e aux motoneurones, et ce en l’absence absolue de toute r\u00e9troaction sensorielle p\u00e9riph\u00e9rique ou d’entr\u00e9e rythmique d’origine c\u00e9r\u00e9brale sup\u00e9rieure. Cette d\u00e9finition rigoureuse marque une rupture \u00e9pist\u00e9mologique nette avec le dogme associationniste et m\u00e9caniste qui pr\u00e9valait au d\u00e9but du XXe si\u00e8cle, dans lequel l’action motrice n’\u00e9tait comprise que comme une r\u00e9sultante passive des stimuli environnementaux capt\u00e9s par les r\u00e9cepteurs sensoriels.<\/p>\n

Le d\u00e9passement du mod\u00e8le fond\u00e9 exclusivement sur le r\u00e9flexe a exig\u00e9 la d\u00e9monstration empirique de l’autonomie des r\u00e9seaux neuronaux spinaux. Dans la conception classique du r\u00e9flexe, l’initiation et la succession temporelle des phases locomotrices \u2014 telles que l’alternance entre la flexion et l’extension d’un membre chez un t\u00e9trapode, ou l’ondulation bilat\u00e9rale chez un poisson \u2014 \u00e9taient attribu\u00e9es aux signaux proprioceptifs g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par le mouvement lui-m\u00eame. Selon cette perspective, la contraction d’un groupe musculaire d\u00e9clenchait, par \u00e9tirement du muscle antagoniste, une vol\u00e9e aff\u00e9rente activant ce dernier, cr\u00e9ant ainsi une cha\u00eene ininterrompue de causalit\u00e9 sensorimotrice p\u00e9riph\u00e9rique. Le concept de CPG a battu en br\u00e8che ce sch\u00e9ma r\u00e9ducteur en prouvant que le substrat neural de la moelle \u00e9pini\u00e8re abrite des programmes moteurs primaires pr\u00e9configur\u00e9s. Ces r\u00e9seaux d\u00e9tiennent la machinerie biophysique n\u00e9cessaire pour fixer la fr\u00e9quence, la dur\u00e9e des phases, l’amplitude relative des contractions et l’alternance coordonn\u00e9e des diff\u00e9rents groupes musculaires, rel\u00e9guant les aff\u00e9rences sensorielles au rang de modulateurs adaptatifs plut\u00f4t que de d\u00e9clencheurs indispensables.<\/p>\n

L’importance th\u00e9orique de cette autonomie r\u00e9side dans le fait que la locomotion, la respiration, la mastication ou encore la d\u00e9glutition ne sont pas de simples r\u00e9ponses r\u00e9actives au monde ext\u00e9rieur, mais des processus endog\u00e8nes r\u00e9gul\u00e9s de mani\u00e8re proactive. L’isolation exp\u00e9rimentale de ces r\u00e9seaux a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 une formidable complexit\u00e9 micro-architecturale : le syst\u00e8me nerveux central n’attend pas d’\u00eatre sollicit\u00e9 pour produire des dynamiques temporelles coordonn\u00e9es, il g\u00e9n\u00e8re son propre tempo fonctionnel, fournissant une trame rythmique de base sur laquelle viennent s’inscrire les corrections sensorielles et les modulations volontaires.<\/p>\n

1.2 Le r\u00f4le pionnier de Sten Grillner au sein de l’Institut Karolinska<\/h3>\n

L’affirmation exp\u00e9rimentale et la dissection biophysique pr\u00e9cise du g\u00e9n\u00e9rateur de rythme central restent indissociables de la trajectoire scientifique de Sten Grillner<\/a>. Travaillant au d\u00e9partement de neurophysiologie de l’Institut Karolinska \u00e0 Stockholm, haut lieu de la physiologie scandinave illustr\u00e9 par les travaux de figures historiques telles que Ragnar Granit, Grillner a initialement consacr\u00e9 ses investigations post-doctorales \u00e0 l’\u00e9tude de la locomotion chez les mammif\u00e8res, en particulier chez le chat spinal et d\u00e9c\u00e9r\u00e9br\u00e9. Durant les ann\u00e9es 1960 et 1970, aux c\u00f4t\u00e9s de ma\u00eetres de la neurobiologie comme Anders Lundberg, il analyse en profondeur les propri\u00e9t\u00e9s locomotrices induites par voie pharmacologique, notamment via l’administration de pr\u00e9curseurs de la dopamine et de la noradr\u00e9naline comme la L-DOPA. Ces \u00e9tudes d\u00e9montrent sans ambigu\u00eft\u00e9 que la moelle \u00e9pini\u00e8re du mammif\u00e8re d\u00e9connect\u00e9e du cerveau conserve une aptitude remarquable \u00e0 engendrer des patrons d’alternance locomotrice sur un tapis roulant.<\/p>\n

Toutefois, Grillner s’est rapidement heurt\u00e9 \u00e0 un mur de complexit\u00e9 inh\u00e9rent aux mammif\u00e8res. Le syst\u00e8me nerveux spinal du chat, avec ses centaines de milliers d’interneurones dens\u00e9ment enchev\u00eatr\u00e9s, ses couches cytoarchitectoniques multiples et la difficult\u00e9 technique d’isoler des circuits fonctionnels intacts pour des enregistrements intracellulaires stables, interdisait une caract\u00e9risation synaptique et membranaire exhaustive. Confront\u00e9 \u00e0 ce verrou m\u00e9thodologique, Grillner prend une d\u00e9cision qui va transformer durablement la neurobiologie compar\u00e9e : d\u00e9laisser temporairement les mod\u00e8les mammaliens au profit d’un organisme mod\u00e8le primitif, la lamproie (Petromyzon marinus<\/em> et Lampetra fluviatilis<\/em>). Ce vert\u00e9br\u00e9 agnathe sans m\u00e2choire, dont la divergence \u00e9volutive remonte \u00e0 plus de 450 millions d’ann\u00e9es, offre un syst\u00e8me nerveux d’une relative simplicit\u00e9 num\u00e9rique tout en partageant les principes d’organisation fondamentaux des vert\u00e9br\u00e9s sup\u00e9rieurs.<\/p>\n

Cette transition conceptuelle illustre la d\u00e9marche r\u00e9ductionniste et int\u00e9grative adopt\u00e9e par l’\u00e9cole de Stockholm. Il s’agissait de d\u00e9composer un comportement moteur global en ses briques \u00e9l\u00e9mentaires les plus intimes \u2014 les canaux ioniques, les r\u00e9cepteurs post-synaptiques et les populations d’interneurones interconnect\u00e9s \u2014, tout en conservant la capacit\u00e9 d’expliquer comment cette dynamique cellulaire microscopique culmine dans la nage fluide et fonctionnelle de l’organisme entier. Grillner a su f\u00e9d\u00e9rer autour de lui une \u00e9quipe pluridisciplinaire d’\u00e9lectrophysiologistes, de neurochimistes, d’anatomistes et plus tard de mod\u00e9lisateurs informaticiens, \u00e9rigeant l’Institut Karolinska en \u00e9picentre mondial de l’\u00e9tude des microcircuits moteurs.<\/p>\n

1.3 Objectifs fondamentaux des exp\u00e9rimentations de Grillner<\/h3>\n

Le vaste programme exp\u00e9rimental amorc\u00e9 par Sten Grillner \u00e0 la fin des ann\u00e9es 1970 et poursuivi durant plusieurs d\u00e9cennies poursuivait une triple ambition m\u00e9thodologique et \u00e9pist\u00e9mologique. Le premier objectif r\u00e9sidait dans l’\u00e9lucidation int\u00e9grale de la micro-architecture synaptique responsable de la locomotion. Contrairement aux approches en \u00ab bo\u00eete noire \u00bb qui se contentaient de mesurer les d\u00e9charges motrices en r\u00e9ponse \u00e0 des stimulations globales, Grillner entendait identifier nominalement chaque classe d’interneurones participant au CPG, cartographier leurs connexions synaptiques r\u00e9ciproques, quantifier le signe (excitateur ou inhibiteur) de ces transmissions et d\u00e9terminer la connectivit\u00e9 fonctionnelle longitudinale reliant les diff\u00e9rents segments le long de l’axe rostro-caudal de l’animal.<\/p>\n

Le second objectif fondamental portait sur la caract\u00e9risation des propri\u00e9t\u00e9s biophysiques et membranaires des neurones composant le r\u00e9seau. Il ne suffisait pas d’\u00e9tablir le sch\u00e9ma de c\u00e2blage (\u00ab wiring diagram \u00bb) du CPG ; il fallait imp\u00e9rativement d\u00e9couvrir les m\u00e9canismes biophysiques responsables de la rythmog\u00e9n\u00e8se elle-m\u00eame. Les neurones \u00e9taient-ils de simples relais passifs dont l’activit\u00e9 d\u00e9pendait uniquement de la topologie du r\u00e9seau, ou poss\u00e9daient-ils des propri\u00e9t\u00e9s membranaires non-lin\u00e9aires intrins\u00e8ques, telles que des conductions ioniques voltage-d\u00e9pendantes ou des oscillateurs endog\u00e8nes ? Les exp\u00e9rimentations de Grillner ont cherch\u00e9 \u00e0 isoler les contributions respectives des r\u00e9cepteurs glutamatergiques ionotropiques, des courants calciques et des conductances potassiques r\u00e9gul\u00e9es chimiquement dans la gen\u00e8se de l’oscillation p\u00e9riodique de membrane.<\/p>\n

Enfin, le troisi\u00e8me objectif constituait une qu\u00eate de synth\u00e8se transdisciplinaire : b\u00e2tir un pont explicatif direct entre la neurophysiologie mol\u00e9culaire et la cin\u00e9matique du comportement animal. Grillner postulait qu’une compr\u00e9hension v\u00e9ritable du syst\u00e8me nerveux n’est atteinte que lorsqu’un chercheur est capable de pr\u00e9dire les param\u00e8tres du mouvement cin\u00e9matique \u2014 la vitesse de nage, la longueur d’onde de l’ondulation corporelle, les virages directionnels \u2014 \u00e0 partir de l’\u00e9quation biophysique des canaux ioniques et des constantes de temps synaptiques. Ce niveau d’int\u00e9gration sans \u00e9quivalent dans les neurosciences des vert\u00e9br\u00e9s a permis d’\u00e9riger les recherches sur la lamproie en mod\u00e8le canonique de la motricit\u00e9 animale.<\/p>\n

2. Le d\u00e9bat historique : Cha\u00eenes de r\u00e9flexes contre oscillateurs intrins\u00e8ques<\/h2>\n

2.1 La th\u00e9orie r\u00e9flexologique de Charles Sherrington<\/h3>\n

Pour mesurer la port\u00e9e des d\u00e9couvertes de Sten Grillner, il convient de replacer ses travaux dans la trajectoire du d\u00e9bat fondamental qui a anim\u00e9 la neurobiologie motrice tout au long du XXe si\u00e8cle. Ce d\u00e9bat trouve sa matrice intellectuelle dans les formulations th\u00e9oriques de Sir Charles Scott Sherrington<\/a>, figure tut\u00e9laire de la neurophysiologie et laur\u00e9at du prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine en 1932. Dans son ouvrage fondateur The Integrative Action of the Nervous System<\/em> (1906), Sherrington d\u00e9veloppe une vision m\u00e9caniste du fonctionnement spinal selon laquelle le mouvement complexe, tel que la marche quadrup\u00e8de ou le grattage, repose sur l’encha\u00eenement st\u00e9r\u00e9otyp\u00e9 de boucles r\u00e9flexes. Le r\u00e9flexe \u00e9l\u00e9mentaire est con\u00e7u comme l’unit\u00e9 fonctionnelle indivisible du syst\u00e8me nerveux int\u00e9gratif.<\/p>\n

Selon l’interpr\u00e9tation sherringtonienne, le cycle de la marche r\u00e9sulte de transitions d\u00e9clench\u00e9es par l’activation s\u00e9quentielle des r\u00e9cepteurs sensoriels musculaires et cutan\u00e9s. Lorsqu’un membre s’allonge durant la phase d’extension, les r\u00e9cepteurs proprioceptifs \u2014 notamment les fuseaux neuromusculaires sensibles \u00e0 l’\u00e9tirement \u2014 envoient un barrage de potentiels d’action dans la corne dorsale de la moelle \u00e9pini\u00e8re par l’interm\u00e9diaire des fibres aff\u00e9rentes de type Ia et II. Ce signal sensoriel provoque, par voie r\u00e9flexe, l’inhibition des motoneurones extenseurs et l’activation r\u00e9ciproque des motoneurones fl\u00e9chisseurs, amor\u00e7ant la phase d’oscillation ou de flexion. En arrivant au terme de la flexion, l’\u00e9tirement antagoniste d\u00e9clenche \u00e0 son tour la phase d’extension, fermant une boucle r\u00e9troactive continue. Dans ce cadre paradigmatique, le syst\u00e8me nerveux central n’est qu’un commutateur synaptique passif, orchestrant des d\u00e9charges en r\u00e9ponse exclusive aux variations de l’environnement p\u00e9riph\u00e9rique et corporel.<\/p>\n

Sherrington lui-m\u00eame avait pourtant r\u00e9alis\u00e9 des exp\u00e9riences de d\u00e9aff\u00e9rentation par section des racines dorsales chez des animaux d\u00e9c\u00e9r\u00e9br\u00e9s, constatant que la locomotion persistait sous une forme rudimentaire mais d\u00e9grad\u00e9e. Malgr\u00e9 ces observations contradictoires, la rigueur m\u00e9thodologique et l’autorit\u00e9 intellectuelle \u00e9crasante du ma\u00eetre britannique ont solidifi\u00e9 la th\u00e9orie des cha\u00eenes de r\u00e9flexes au point d’en faire un dogme dominant durant plus de cinq d\u00e9cennies, occultant largement les hypoth\u00e8ses alternatives accordant une primaut\u00e9 aux m\u00e9canismes centraux endog\u00e8nes.<\/p>\n

2.2 Le mod\u00e8le des demi-centres de Thomas Graham Brown<\/h3>\n

D\u00e8s 1911, un jeune collaborateur de Sherrington, le physiologiste \u00e9cossais Thomas Graham Brown<\/a>, ose d\u00e9fier le dogme de son mentor \u00e0 travers une s\u00e9rie d’exp\u00e9riences d’une audace conceptuelle remarquable. Travaillant sur des chats anesth\u00e9si\u00e9s et totalement d\u00e9aff\u00e9rent\u00e9s par la section chirurgicale compl\u00e8te des racines nerveuses dorsales (interdisant tout afflux d’informations sensorielles depuis la p\u00e9riph\u00e9rie vers la moelle), Brown observe un ph\u00e9nom\u00e8ne surprenant : lorsqu’il applique une transsection spinale basse, il enregistre une alternance rythmique spontan\u00e9e et vigoureuse des contractions des muscles fl\u00e9chisseurs et extenseurs de la cheville, baptis\u00e9e \u00ab narcosis progression \u00bb.<\/p>\n

Puisque toute information proprioceptive ou cutan\u00e9e avait \u00e9t\u00e9 pr\u00e9alablement oblit\u00e9r\u00e9e, cette activit\u00e9 oscillatoire ne pouvait en aucun cas \u00eatre attribu\u00e9e \u00e0 une succession de boucles r\u00e9flexes. Pour rendre compte de ce ph\u00e9nom\u00e8ne, Graham Brown formule l’hypoth\u00e8se th\u00e9orique r\u00e9volutionnaire des \u00ab demi-centres \u00bb (half-centres model<\/em>). Il postule que la moelle \u00e9pini\u00e8re lombaire contient des populations d’interneurones organis\u00e9es en deux sous-syst\u00e8mes distincts et sym\u00e9triques : un demi-centre d\u00e9volu \u00e0 la commande de la flexion et un demi-centre d\u00e9di\u00e9 \u00e0 l’extension. Ces deux structures neuronales sont unies par des connexions inhibitrices crois\u00e9es mutuelles. Lorsqu’un demi-centre est activ\u00e9 de mani\u00e8re soutenue par une entr\u00e9e centrale tonique non-rythmique, il d\u00e9charge des potentiels d’action tout en envoyant une puissante inhibition synaptique collat\u00e9rale vers le demi-centre oppos\u00e9, maintenant ce dernier au repos forc\u00e9.<\/p>\n

Le basculement de l’activit\u00e9 d’un demi-centre \u00e0 l’autre s’explique, selon Brown, par un ph\u00e9nom\u00e8ne intrins\u00e8que d’\u00e9puisement synaptique ou de fatigue d’inhibition (\u00ab depression of inhibition \u00bb). \u00c0 mesure que l’activit\u00e9 du demi-centre fl\u00e9chisseur s’att\u00e9nue, l’inhibition qu’il exerce sur le demi-centre extenseur d\u00e9cline progressivement, permettant \u00e0 ce dernier d’\u00e9merger de son \u00e9tat d’hyperpolarisation par un m\u00e9canisme de rebond post-inhibitoire. Le demi-centre extenseur s’active \u00e0 son tour et inhibe le demi-centre fl\u00e9chisseur, cr\u00e9ant ainsi une bascule oscillatoire bilat\u00e9rale totalement autonome vis-\u00e0-vis des stimuli ext\u00e9rieurs. Malheureusement, Graham Brown d\u00e9laissa la physiologie peu apr\u00e8s la Premi\u00e8re Guerre mondiale, et son mod\u00e8le des demi-centres demeura largement en sommeil dans la litt\u00e9rature scientifique jusqu’\u00e0 ce que Grillner ne le red\u00e9couvre et n’en valide les intuitions avec les outils modernes de la biophysique.<\/p>\n

2.3 R\u00e9solution d\u00e9finitive du paradigme par les donn\u00e9es exp\u00e9rimentales<\/h3>\n

L’affrontement intellectuel s\u00e9culaire entre la th\u00e9orie r\u00e9flexologique de Sherrington et le mod\u00e8le oscillatoire central de Graham Brown a trouv\u00e9 sa r\u00e9solution d\u00e9finitive dans les protocoles rigoureux d\u00e9ploy\u00e9s par Sten Grillner et ses contemporains. En perfectionnant les approches de d\u00e9aff\u00e9rentation chirurgicale, d’immobilisation pharmacologique par le curare (bloquant la jonction neuromusculaire et emp\u00eachant ainsi tout mouvement susceptible de cr\u00e9er un feedback m\u00e9canique) et surtout en isolant in vitro des segments entiers du n\u00e9vraxe, ces chercheurs ont apport\u00e9 la preuve irr\u00e9futable de l’existence du g\u00e9n\u00e9rateur de rythme central.<\/p>\n

Ces exp\u00e9rimentations ont conduit \u00e0 une reconceptualisation \u00e9pist\u00e9mologique majeure de l’organisation sensorimotrice. Il est apparu avec \u00e9clat que les r\u00e9seaux spinaux ne sont pas des coquilles vides en attente d’impulsions p\u00e9riph\u00e9riques : la capacit\u00e9 \u00e0 g\u00e9n\u00e9rer le tempo et la structure phasique fondamentale de la locomotion est une propri\u00e9t\u00e9 int\u00e9gr\u00e9e, inscrite dans la cytoarchitecture et les canaux ioniques des neurones m\u00e9dullaires. D\u00e8s lors, le statut neurobiologique des aff\u00e9rences sensorielles a \u00e9t\u00e9 radicalement r\u00e9\u00e9valu\u00e9. La proprioception et les signaux ext\u00e9roceptifs ne sont plus per\u00e7us comme des d\u00e9clencheurs causaux n\u00e9cessaires, mais comme des boucles d’asservissement puissantes et flexibles qui sculptent, corrigent et ajustent en continu le patron central aux exigences du terrain, des obstacles physiques ou des perturbations impr\u00e9vues.<\/p>\n

Cette distinction conceptuelle entre l’\u00ab initiation \u00bb d’un mouvement rythmique \u2014 relevant de la comp\u00e9tence souveraine du CPG sous contr\u00f4le supraspinal \u2014 et son \u00ab adaptation \u00bb contextuelle \u2014 m\u00e9di\u00e9e par le contingent aff\u00e9rent \u2014 a jet\u00e9 les bases des neurosciences computationnelles et de la neuro-ing\u00e9nierie modernes. Sten Grillner a cristallis\u00e9 ce paradigme en d\u00e9montrant que le syst\u00e8me moteur dispose d’un r\u00e9pertoire universel d’oscillateurs pr\u00e9-c\u00e2bl\u00e9s, fa\u00e7onn\u00e9s par l’\u00e9volution, sur lesquels le cerveau exerce une simple commande de contr\u00f4le param\u00e9trique d’ordre sup\u00e9rieur (allumer, \u00e9teindre, moduler la vitesse), d\u00e9chargeant ainsi l’enc\u00e9phale d’un fardeau computationnel titanesque.<\/p>\n

3. Le mod\u00e8le animal de la lamproie : Choix strat\u00e9gique et avantages m\u00e9thodologiques<\/h2>\n

3.1 Caract\u00e9ristiques morphologiques et neuroanatomiques de la lamproie<\/h3>\n

Le triomphe m\u00e9thodologique des recherches de Sten Grillner repose sur une d\u00e9cision strat\u00e9gique : l’\u00e9lection de la lamproie comme organisme de r\u00e9f\u00e9rence pour la dissection du CPG. En tant que cyclostome agnathe, la lamproie occupe une position nodale au sein de l’arbre phylog\u00e9n\u00e9tique des chord\u00e9s. Son syst\u00e8me nerveux central pr\u00e9sente une architecture anatomique \u00e9pur\u00e9e qui conserve l’organisation pl\u00e9siomorphe (ancestrale) commune \u00e0 tous les vert\u00e9br\u00e9s, d\u00e9pouill\u00e9e des superstructures n\u00e9ocorticales complexes qui encombrent l’analyse chez les mammif\u00e8res.<\/p>\n

Sur le plan cytoarchitectonique, la moelle \u00e9pini\u00e8re de la lamproie se pr\u00e9sente sous la forme d’un ruban dorso-ventralement aplati, translucide et totalement d\u00e9pourvu de my\u00e9line. Alors que la moelle \u00e9pini\u00e8re d’un chat ou d’un primate abrite plusieurs dizaines de millions de neurones organis\u00e9s en noyaux denses et difficilement d\u00e9limitables, un segment spinal de lamproie ne compte qu’environ un millier de cellules nerveuses par h\u00e9misegment. Cette compression num\u00e9rique drastique permet une identification visuelle quasi directe au microscope optique des corps cellulaires individuels sous trans-illumination. De surcro\u00eet, la forme aplatie de ce ruban spinal (environ 200 \u00e0 300 microm\u00e8tres d’\u00e9paisseur pour un millim\u00e8tre de largeur) assure une oxyg\u00e9nation passive et une diffusion nutritionnelle id\u00e9ales lorsque le tissu est immerg\u00e9 dans une chambre d’enregistrement perfusionn\u00e9e de liquide c\u00e9phalorachidien artificiel. Le tissu m\u00e9dullaire de la lamproie peut ainsi survivre et maintenir des propri\u00e9t\u00e9s biophysiques intactes pendant plusieurs jours \u00e0 basse temp\u00e9rature (8 \u00e0 12 \u00b0C), sans qu’aucune perfusion vasculaire interne ne soit requise.<\/p>\n

3.2 La conservation \u00e9volutive du plan d’organisation des vert\u00e9br\u00e9s<\/h3>\n

La valeur heuristique du mod\u00e8le de la lamproie ne r\u00e9side pas uniquement dans son accessibilit\u00e9 technique, mais dans le principe de conservation \u00e9volutive unissant l’ensemble des vert\u00e9br\u00e9s. Comme l’a abondamment soutenu Sten Grillner, la s\u00e9lection naturelle n’a pas r\u00e9invent\u00e9 les principes \u00e9l\u00e9mentaires de la commande motrice \u00e0 chaque transition \u00e9volutive majeure. Les circuits fondamentaux qui contr\u00f4lent la propulsion ondulatoire chez la lamproie sont rigoureusement homologues \u00e0 ceux qui gouvernent la reptation du serpent, la course quadrup\u00e8de du rongeur ou la bip\u00e9die humaine.<\/p>\n

Cette homologie structurale est particuli\u00e8rement flagrante au niveau du tronc c\u00e9r\u00e9bral et du dienc\u00e9phale. Chez la lamproie, on retrouve les homologues \u00e9vidents des ganglions de la base<\/a> \u2014 le striatum, le globus pallidus et la substance noire \u2014, ainsi que les zones locomotrices m\u00e9senc\u00e9phaliques et dienc\u00e9phaliques connect\u00e9es au syst\u00e8me r\u00e9ticulospinal descendant. La transition \u00e9volutive des poissons agnathes vers les gnathostomes, puis vers les sarcopt\u00e9rygiens et enfin vers les t\u00e9trapodes, a entra\u00een\u00e9 une duplication g\u00e9nique et une sp\u00e9cialisation modulaire accrue des segments spinaux pour piloter les nageoires paires puis les membres articul\u00e9s. Cependant, la circuiterie neuronale fondamentale de base \u2014 reposant sur des unit\u00e9s motrices altern\u00e9es et coordonn\u00e9es par inhibition r\u00e9ciproque et excitation r\u00e9currente \u2014 a \u00e9t\u00e9 scrupuleusement conserv\u00e9e tout au long du demi-milliard d’ann\u00e9es s\u00e9parant la lamproie de l’Homo sapiens.<\/p>\n

3.3 Avantages exp\u00e9rimentaux pour l’\u00e9lectrophysiologie cellulaire<\/h3>\n

L’apport d\u00e9cisif de la lamproie a \u00e9t\u00e9 de transformer le probl\u00e8me inaccessible du CPG en un syst\u00e8me exp\u00e9rimentalement soluble par l’\u00e9lectrophysiologie membranaire unitaire. Chez les mammif\u00e8res, la pulsatilit\u00e9 art\u00e9rielle, les mouvements respiratoires m\u00e9caniques et l’opacit\u00e9 du parenchyme rendent l’enregistrement intracellulaire stable de deux ou trois neurones synaptiquement coupl\u00e9s au sein de la moelle \u00e9pini\u00e8re quasi impossible sur de longues p\u00e9riodes. Chez la lamproie in vitro, la pr\u00e9paration est rigoureusement immobile, exempte de tout art\u00e9fact cardiovasculaire.<\/p>\n

Cette immobilit\u00e9 m\u00e9canique absolue a permis \u00e0 Sten Grillner et ses collaborateurs (notamment Peter Wall\u00e9n, Sigvard Grillner, Lennart Brodin et Russell Buchanan) de r\u00e9aliser syst\u00e9matiquement des enregistrements intracellulaires coupl\u00e9s (\u00ab dual and triple intracellular recordings \u00bb). En introduisant des micro\u00e9lectrodes en verre \u00e0 l’int\u00e9rieur de corps cellulaires contigus ou s\u00e9par\u00e9s par plusieurs segments, il devenait possible de stimuler s\u00e9lectivement un interneurone individuel par injection de courant d\u00e9polarisant, tout en enregistrant simultan\u00e9ment les potentiels postsynaptiques (excitateurs ou inhibiteurs, EPSP ou IPSP) g\u00e9n\u00e9r\u00e9s dans un motoneurone cible ou un autre interneurone. Cette approche de \u00ab micro-cartographie fonctionnelle \u00bb a permis d’\u00e9riger le premier diagramme de connectivit\u00e9 synaptique synaptiquement r\u00e9solu d’un CPG spinal de vert\u00e9br\u00e9, identifiant la nature unitaire des connexions, leurs latences monosynaptiques et leur cin\u00e9tique quantique.<\/p>\n

4. M\u00e9thodologie exp\u00e9rimentale : La locomotion fictive in vitro<\/h2>\n

4.1 Le protocole de la pr\u00e9paration spinale isol\u00e9e<\/h3>\n

L’\u00e9pine dorsale des d\u00e9couvertes de Sten Grillner repose sur la mise au point du protocole de la pr\u00e9paration spinale totalement isol\u00e9e (in vitro brainstem-spinal cord preparation<\/em>). Le protocole d\u00e9bute par une dissection m\u00e9ticuleuse au cours de laquelle la lamproie est anesth\u00e9si\u00e9e, d\u00e9capit\u00e9e, puis la moelle \u00e9pini\u00e8re est pr\u00e9lev\u00e9e avec ou sans le tronc c\u00e9r\u00e9bral adjacent. La cha\u00eene musculaire axiale, les m\u00e9ninges fibreuses externes, les cartilages vert\u00e9braux et l’ensemble des t\u00e9guments cutan\u00e9s sont retir\u00e9s, ne conservant que le ruban nerveux nu et l’\u00e9mergence des faisceaux de fibres motrices qui constituent les racines ventrales segmentaires.<\/p>\n

Cette pr\u00e9paration neurologique d\u00e9pouill\u00e9e est transf\u00e9r\u00e9e dans une cuve d’enregistrement en r\u00e9sine ou en verre, perfus\u00e9e de mani\u00e8re continue avec une solution de s\u00e9rum artificiel physiologique oxyg\u00e9n\u00e9e (composition saline standard : NaCl, KCl, CaCl\u2082, MgCl\u2082, NaHCO\u2083 et glucose, \u00e9quilibr\u00e9e \u00e0 un pH d’environ 7,4 sous carbog\u00e8ne). Dans cette enceinte close, la moelle \u00e9pini\u00e8re est totalement coup\u00e9e de tout organe sensoriel : aucun fuseau neuromusculaire (au demeurant absents chez les cyclostomes), aucune cellule cutan\u00e9e tactile, aucun r\u00e9cepteur d’\u00e9tirement musculaire p\u00e9riph\u00e9rique n’est pr\u00e9sent. L’isolement physique total garantit que toute activit\u00e9 \u00e9lectrophysiologique observ\u00e9e est le produit exclusif de l’auto-organisation du r\u00e9seau central.<\/p>\n

4.2 D\u00e9finition et enregistrement de la locomotion fictive<\/h3>\n

Dans cette pr\u00e9paration spinale d\u00e9nu\u00e9e de muscles et de mouvements corporels, la motricit\u00e9 ne peut plus s’exprimer sous la forme d’un d\u00e9placement cin\u00e9matique observable. Cependant, les d\u00e9charges ordonn\u00e9es de potentiels d’action continuent d’\u00eatre \u00e9mises par les motoneurones et d’emprunter les axones moteurs des racines ventrales : c’est ce que l’on nomme la \u00ab locomotion fictive \u00bb (fictive swimming<\/em> ou fictive locomotion<\/em>). Pour capter ce signal, les exp\u00e9rimentateurs utilisent des micro\u00e9lectrodes aspirantes en verre (suction electrodes<\/em>) dont le diam\u00e8tre correspond exactement \u00e0 celui des racines ventrales \u00e9mergeant \u00e0 chaque segment m\u00e9dullaire.<\/p>\n

Lorsque le r\u00e9seau est activ\u00e9, l’enregistrement \u00e9lectroneurographique extracellulaire r\u00e9v\u00e8le des bouff\u00e9es rythmiques de potentiels d’action (\u00ab bursts \u00bb) pr\u00e9sentant une coh\u00e9rence temporelle remarquable :<\/p>\n