Partie II : Matériel et méthodes
1. Régionalisation de l’intégration vestibulaire dans le cervelet postérieur chez le rat
1.2. Le cervelet caudal présente des sous-populations cellulaires spécifiques pour certains paramètres du
mouvement
Afin d’étudier la régionalisation de la sensibilité des cellules de Purkinje aux mouvements de la tête, il a été nécessaire dans un premier temps, de déterminer quels paramètres ou quelles combinaisons de variables permettaient d’expliquer au mieux la fluctuation de l’activité cellulaire.
Pour cela on utilise une approche qui ne pré-suppose pas la nature de la relation entre le taux de décharge instantané de la cellule et la variable inertielle sélectionnée, mais qui étudie la présence d’un lien entre une valeur de taux de décharge instantané et celle de conditions inertielles semblables (Dugué et al., 2017). Pour ce faire, pour chaque pas de temps et pour chaque condition inertielle (par exemple A, Ω, AG+ Ω ou encore α + AnG), l’algorithme moyenne le taux de décharge instantané d’événements inertiels similaires (à d’autres pas de temps) et construit ainsi une « prédiction » du taux de décharge instantané sensible à la variable du mouvement étudié. Le paramètre préférentiellement encodé par cette unité est identifié comme celui qui maximise la ressemblance entre la « prédiction » du taux de décharge et le taux réel. Cette similitude est mesurée grâce au coefficient de Pearson élevé au carré (R2) entre le taux de décharge instantané de la cellule et celui prédit par l’algorithme. Elle reflète ainsi la part de la fluctuation de l’activité cellulaire imputable à la variable inertielle étudiée (pour plus de détails, voir section 9.5.4). Ainsi, une cellule présentant un R2 élevé pour la rotation, exprime de ce fait une sensibilité spécifique pour ce paramètre du mouvement.
En accord avec les résultats déjà publiés (Dugué et al., 2017), le meilleur estimateur du taux de décharge instantané des cellules Purkinje (n=95) reste la combinaison de la rotation et de l’accélération gravitationnelle, Ω + AG (Figure 14-A) bien que talonnée par les associations des rotations (vitesse angulaire ou accélération angulaire) et des accélérations gravitationnelle et totale. Contrairement à la vitesse (Ω) et à l’accélération (α) angulaires qui reflètent deux mesures d’un même paramètre du mouvement, l’accélération gravitationnelle (AG) est une composante indépendante de l’accélération non-gravitationnelle (AnG) ; ensemble, elles constituent l’accélération totale (A). Ainsi, la similitude des courbes des R2 cumulés pour les
combinaisons Ω + AG et Ω + A met en évidence que c’est l’accélération gravitationnelle qui porte la sensibilité du taux de décharge instantané et non l’accélération totale, d’autant que l’accélération non-gravitationnelle seule se trouve être le moins bon prédicteur. Ces résultats sont identiques quels que soient les lobules enregistrés ou les bandes parasagittales observées (voir Figure 22, Annexe).
Ainsi, la majorité des cellules de Purkinje du cervelet caudal présente une activité expliquée par la combinaison des mouvements de rotations et d’accélération gravitationnelle (Ω + AG). Pour autant, toutes les cellules qui permettent ce résultat ne sont pas spécifiquement modulées par cette combinaison.
Figure 14 : Sensibilité des cellules de Purkinje du cervelet postérieur aux paramètres inertiels. Les différences (*) ont été testées grâce à un test de Wilcoxon-Mann-Whitney auquel a été appliqué une correction de Bonferroni. (A) Corrélation cumulative entre les taux de décharge instantanés des cellules de Purkinje et leurs prédictions selon différents paramètres ou combinaisons de paramètres inertiels (n=96). (B) Représentation de la sensibilité des cellules de Purkinje (n=96) pour l’accélération gravitationnelle (R2AG) en fonction de celle pour la rotation (R2Ω). Les cellules dites « gravitationnelles » (orange clair) et celles appelées « rotationnelles » (orange foncé)
doivent présenter une sensibilité au moins 8 fois supérieure à l’un des deux paramètres et supérieure à la moyenne du paramètre préférentiel (≈0,1 dans les deux cas). Les cellules dites « mixtes » (marron) ne doivent quant à elles, doivent être exclues deux autres populations et afficher une sensibilité supérieure à celle des cellules pour la combinaison de la rotation et de l’accélération gravitationnelle (Ω + AG). (C) Répartition des populations cellulaires. Les cellules dites « autre » (gris) correspondent à toutes les cellules de Purkinje analysées n’appartenant à aucune population inertielle spécifique. Environ 50% des cellules de Purkinje du cervelet postérieur présentent une sensibilité spécifique pour certains paramètres du mouvement. (D) Comparaison de la sensibilité des quatre populations cellulaires établies (gravitationnelle, rotationnelle, mixte et autre). Les cellules encodant préférentiellement la rotation sont plus corrélées au mouvement que les cellules gravitationnelles ou mixtes (respectivement p=0,0002 et p=0,0051) et plus globalement les cellules spécifiques à un paramètre inertiel encodent bien mieux le mouvement que les autres (p=1,4x10-15).
En effet, trois sous-populations cellulaires (Figure 14-B) ont déjà été mises en évidence dans le cervelet postérieur (Dugué et al., 2017). Tout d’abord les cellules dites « Ω » ou rotationnelles exhibent une sensibilité aux rotations sur un ou plusieurs axes du mouvement, pouvant ainsi présenter des champs récepteurs complexes selon un axe préférentiel de rotation, défini par leur combinaison (pour exemple, voir Annexes, Figure 23-A).
Ensuite, les cellules (AG) « gravitationnelles » présentent une modulation d’activité dépendante de l’inclinaison de la tête par rapport à la verticale (pour exemple, voir Annexes, Figure 23-B). Ces deux populations cellulaires, qui encodent de façon prédominante un seul type de paramètre inertiel, sont ségrégées selon deux critères : elles doivent présenter une sensibilité (R2) 8 fois plus grande pour un paramètre que pour l’autre et être supérieures à la moyenne de toutes les cellules pour leur paramètre préférentiel (Ω ou AG), soit 0.1 dans les deux cas. De plus, elles ne voient pas leur activité mieux expliquée et modulée par la combinaison Ω + AG (voir Annexes, Figure 24-A-B).
Ceci n’est pas le cas, pour la troisième population de cellules de Purkinje du cervelet postérieur, sensible à la combinaison de la rotation et de l’accélération gravitationnelle. Leur activité est ainsi dépendante des rotations selon une inclinaison de la tête par rapport à la verticale (pour exemple, voir Figure 23-C). Ces cellules doivent respecter deux conditions afin d’être considérées comme « mixtes ». Ainsi, elles ne doivent pas répondre aux critères imposés pour la sélection des cellules Ω ou AG et assurer une sensibilité (R2) supérieure à la moyenne de la combinaison des mouvements de rotation et d’accélération gravitationnelle (Ω + AG) des cellules respectant le premier critère.
Ainsi, la combinaison de paramètres du mouvement Ω + AG constitue le meilleur prédicteur du taux de décharge instantané des cellules de Purkinje enregistrées car il regroupe en réalité trois populations cellulaires spécifiques : Ω, AG et mixte qui constituent à elles seules plus de
50% des cellules (Figure 14-C). De plus, ce sont les seuls paramètres du mouvement (Figure 14-D) pour lesquels les cellules de Purkinje du cervelet caudal présentent une modulation spécifique et importante de leur activité (p=1,4x10-15 entre les cellules spécifiques et les autres). Bien que les cellules sensibles à la rotation présentent une corrélation entre leur taux de décharge instantané et le mouvement significativement plus élevée que les cellules AG ou mixtes (respectivement p=0.0002 et p=0.0051), la différence de sensibilité entre ces deux sous-populations et le restant des cellules reste importante (p=2,2x10-16).