Soutenance de thèse de Justine FACCHINI

Nos travaux s’intéressent à la malléabilité post-lésionnelle des cartes corticales du cortex somesthésique primaire (S1) chez le rat. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à la plasticité au cours du temps du cortex controlatéral à une lésion ischémique, en lien avec la récupération fonctionnelle. Après une atteinte de S1, et au cours de la récupération fonctionnelle, les modifications fonctionnelles ne sont pas limitées aux zones périlésionnelles mais affectent aussi les aires homologues du cortex controlésionnel. De nombreux travaux ont décrit le remodelage des aires périlésionnelles et peu se sont intéressés au cortex controlésionnel, au décours de ses modifications et à son rôle, controversé, dans la récupération fonctionnelle. Nous avons effectué, à différents délais post-lésionnels, des cartographies électrophysiologiques cutanées de la patte antérieure dans S1 controlésionnel, parallèlement à l’évaluation de la récupération fonctionnelle. Nos données montrent des modifications de la représentation cutanée de la patte non-parétique dans le cortex sain (élargissement des champs récepteurs, dégradation de la somatotopie, …), associées à des déficits sensorimoteurs de la patte parétique. Ceci souligne le rôle majeur des interactions inter-hémisphériques dans le maintien d’une organisation somatotopique des cartes cutanées. Les changements corticaux se normalisent parallèlement aux déficits sensorimoteurs des animaux indiquant que le rétablissement de l’équilibre interhémisphérique perturbé par la lésion est critique dans la récupération fonctionnelle. La seconde partie de ma thèse concerne les remodelages des cartes corticales de S1 consécutifs à une neurectomie vestibulaire unilatérale (NVU), aux stades aigu et chronique de la compensation vestibulaire chez le rat. Des travaux ayant récemment montré que les aires primaires sont des aires d’intégration plurisensorielles, nous avons recherché, au travers d’une désafférentation vestibulaire, les effets modulateurs des informations vestibulaires sur l’intégration des informations cutanées dans S1. Par ailleurs, la NVU engendre un syndrome vestibulaire dont l’expression diminue avec le temps. À un stade chronique de la compensation, les animaux vestibulo-lésés présentent une asymétrie posturale qui se traduit par une augmentation durable de la répartition de leur poids sur les pattes ipsilésionnelles. L’importance de l’expérience sensorielle dans la plasticité des cartes corticales somesthésiques étant bien établie, nous avons fait l’hypothèse que l’asymétrie posturale induit un déséquilibre des flux tactilo-plantaires pouvant altérer les propriétés d'organisation des cartes cutanées. Nous avons effectué des cartographies des pattes postérieures dans S1, immédiatement et 1 mois après la NVU, parallèlement à l’évaluation comportementale de la compensation des déficits vestibulaires. Nos travaux révèlent pour la 1ère fois que la NVU induit immédiatement une augmentation de la taille des champs récepteurs cutanés qui conduit à d’une dé-différenciation des différents secteurs des cartes corticales et une dégradation de leur somatotopie dans les deux hémisphères. Ils indiquent que la NVU a modifié rapidement l’intégration des entrées tactiles dans S1 en démasquant des connexions latentes. Ce résultat soutient l'idée qu'en conditions normales, les entrées vestibulaires exercent une influence modulatrice bilatérale sur le traitement cortical des entrées tactiles qui contribuent à la régulation de l'équilibre posturo-locomoteur. Nos données montrent aussi, au stade chronique de la compensation vestibulaire, que l’asymétrie posturale induit un remodelage expérience-dépendant de la carte cutanée du membre ipsilésionnel. Il reste cependant à déterminer si la pondération de ces flux, importants pour le contrôle posturo-locomoteur, contribue au processus de compensation des déficits vestibulaires.

Our work focuses on the post-lesion malleability of cortical maps of the primary somesthetic cortex (S1) in the rat. In a first part, we were interested in the plasticity over time of the cortex contralateral to an ischemic lesion, in relation to functional recovery. After an S1 injury, and during functional recovery, functional changes are not limited to perilesional areas but also affect homologous areas of the contralesional cortex. Many studies have described the remodeling of the perilesional areas and few have focused on the contralesional cortex, the course of its modifications and its role, controversial, in the functional recovery. We performed, at different post-injury times, cutaneous electrophysiological mappings of the anterior paw in S1 lesion, in parallel with the evaluation of functional recovery. Our data show changes in the cutaneous representation of the non-paretic paw in the healthy cortex (enlargement of receptive fields, degradation of somatotopy, ...), associated with sensorimotor deficits in the paretic paw. This underlines the major role of inter-hemispheric interactions in the maintenance of somatotopic organization of skin maps. The cortical changes normalize in parallel with the sensorimotor deficits of the animals indicating that the restoration of the interhemispheric balance disturbed by the lesion is critical in the functional recovery. The second part of my thesis concerns the remodeling of S1 cortical maps following unilateral vestibular neurectomy (UVN), in the acute and chronic stages of vestibular compensation in rats. As recent work has shown that primary areas are multi-sensory integration areas, we investigated, through vestibular deafferentation, the modulatory effects of vestibular information on the integration of cutaneous information in S1. Moreover, NVU generates a vestibular syndrome whose expression decreases with time. At a chronic stage of compensation, vestibulo-lesioned animals exhibit postural asymmetry that results in a sustained increase in weight distribution on the ipsilesional legs. As the importance of sensory experience in the plasticity of somesthetic cortical maps is well established, we hypothesized that postural asymmetry induces an imbalance in tactilo-plantar flows that may alter the organizational properties of skin maps. We performed hind paw mappings in S1 immediately and 1 month after NVU, in parallel with behavioral assessment of vestibular deficit compensation. Our work reveals for the first time that NVU immediately induces an increase in the size of the cutaneous receptive fields which leads to a de-differentiation of the different sectors of the cortical maps and a degradation of their somatotopy in both hemispheres. They indicate that NVU rapidly modified the integration of tactile inputs in S1 by unmasking latent connections. This result supports the idea that under normal conditions, vestibular inputs exert a bilateral modulatory influence on the cortical processing of tactile inputs that contribute to the regulation of postural-locomotor balance. Our data also show, in the chronic stage of vestibular compensation, that postural asymmetry induces an experience-dependent remodeling of the skin map of the ipsilesional limb. However, it remains to be determined whether the weighting of these flows, which are important for postural-locomotor control, contributes to the compensation process of vestibular deficits.