In vivo Contrôle optogénétique sans fil du comportement moteur qualifié

Le comportement habileté motrice est présent lors de la plupart des mouvements effectués par nous, et il est connu pour être affecté dans plusieurs troubles cérébraux ^1,2,3,4,5,6. La mise en œuvre de tâches permettant d’étudier le développement, l’apprentissage et l’exécution de mouvements qualifiés est cruciale pour comprendre les fondements neurobiologiques de la fonction motrice, en particulier dans les modèles de lésions cérébrales, de troubles neurodégénératifs et neurodéveloppementaux ^{2,7,8,9,10,11,12,13} . Atteindre et récupérer des objets se fait régulièrement dans les actions de la vie quotidienne, et c’est l’une des premières habiletés motrices acquises au début du développement, puis affinées au cours des années ^5,6. Il comprend un comportement complexe qui nécessite des processus sensori-moteurs tels que la perception des caractéristiques de l’objet, la planification du mouvement, la sélection de l’action, l’exécution du mouvement, la coordination du corps et la modulation de la vitesse ^7,14,15,16. Ainsi, les tâches de haute dextérité unimanuelle nécessitent la participation de nombreuses structures cérébrales des deux hémisphères 16,17,18,19,20,21,22. Chez la souris, la tâche d’atteinte à la saisie d’une seule pastille est caractérisée par plusieurs phases qui peuvent être contrôlées et analysées séparément ^7,13,23. Cette fonctionnalité permet d’étudier la contribution de sous-populations neuronales spécifiques à différents stades d’acquisition et de performance comportementale et fournit une plate-forme pour des études détaillées des systèmes moteurs 13,23,24. Le mouvement se produit en quelques secondes; ainsi, la vidéographie à grande vitesse devrait être utilisée pour l’analyse cinématique à des étapes distinctes de la trajectoire motrice qualifiée ^7,25. Plusieurs paramètres peuvent être extraits des vidéos, notamment la posture du corps, la trajectoire, la vitesse et le type d’erreurs²⁵. L’analyse cinématique peut être utilisée pour détecter des changements subtils lors de la manipulation optogénétique sans fil ^7,23.

L’utilisation de diodes électroluminescentes (LED) miniaturisées pour fournir de la lumière via un système sans fil monté sur la tête permet d’avoir un contrôle optogénétique à distance pendant que l’animal effectue la tâche. Le contrôleur optogénétique sans fil accepte les commandes à impulsion unique ou à déclenchement continu d’un stimulateur et envoie des signaux infrarouges (IR) à un récepteur connecté à la LED miniaturisée^23,26. Le protocole actuel combine cette approche optogénétique sans fil avec la vidéographie à grande vitesse d’une tâche de dextérité pour disséquer le rôle de populations neuronales spécifiques lors de la performance du comportement moteur fin²³. Comme il s’agit d’une tâche unimanale, elle permet d’évaluer la participation des structures dans les deux hémisphères. Traditionnellement, le cerveau contrôle le mouvement du corps d’une manière très asymétrique; cependant, les tâches de haute dextérité nécessitent une coordination et un contrôle minutieux de nombreuses structures cérébrales, y compris les noyaux ipsilatérals et la contribution différentielle des sous-populations neuronales dans les noyaux ^{10,20,21,22,23}. Ce protocole montre que les structures sous-corticales des deux hémisphères contrôlent la trajectoire du membre antérieur²³. Ce paradigme peut convenir à l’étude d’autres régions du cerveau et de modèles de maladies cérébrales.