Activité corticale en champ large et connectivité fonctionnelle pendant la locomotion motorisée

Comment la marche façonne le cerveau

Chaque pas que nous faisons repose sur une conversation constante entre nos sens et nos muscles. Pourtant, les scientifiques ne comprennent pas encore entièrement comment le cerveau nous permet de rester en mouvement de manière fluide lorsque le terrain change sous nos pieds. Cette étude a observé la surface externe du cerveau de souris pendant qu’elles marchaient sur différents types de pistes mobiles, révélant que les schémas de communication du cerveau — pas seulement son niveau d’activité global — changent selon la manière dont le corps doit se mouvoir.

Trois façons de marcher

Pour explorer comment l’environnement de marche influence le cerveau, les chercheurs ont entraîné des souris à marcher la tête maintenue doucement immobile. Les animaux ont marché sur trois pistes motorisées : un tapis roulant plat, une roue de course courbée et un disque rotatif tournant autour d’un point central. Les trois obligent les souris à suivre une surface en mouvement, mais chacune exige des schémas d’appui et d’équilibre différents. Pendant que les souris marchaient, une « fenêtre » transparente dans le crâne a permis à l’équipe d’utiliser l’imagerie calcique en champ large — une méthode qui fait briller les neurones actifs — pour surveiller en temps réel l’activité sur presque toute la surface supérieure du cerveau.

Séparer le mouvement des commandes internes

Les signaux bruts du cerveau pendant la marche sont un mélange de deux éléments : les commandes motrices internes du cerveau et les signaux sensoriels et corporels générés par le mouvement des membres, les changements de posture et les variations d’éveil. Pour démêler ces composantes, les chercheurs ont suivi les articulations des membres postérieurs et la taille des pupilles des animaux à l’aide de caméras haute vitesse et d’un logiciel moderne de suivi de pose. Ils ont ensuite utilisé une méthode statistique appelée régression par moindres carrés partiels pour retirer mathématiquement l’influence de ces variables corporelles mesurées de l’activité cérébrale. Le signal restant — ce qu’ils appellent l’activité « pilotée en interne » — reflète la façon dont le cerveau organise le mouvement depuis l’intérieur, au-delà des échos directs du mouvement des membres et de la dilatation des yeux.

Même activité globale, schémas de communication différents

Une découverte surprenante fut que le niveau moyen d’activité interne à travers les principales régions cérébrales pendant une marche soutenue était assez similaire, quel que soit le type de piste utilisé par les souris. Les régions impliquées dans le mouvement et la sensation, comme le cortex moteur primaire et secondaire et le cortex somatosensoriel, s’activaient au début de la marche et se calmaient à la fin. Cependant, lorsque l’équipe a examiné comment ces régions fluctuaient ensemble — c’est‑à‑dire dans quelle mesure leur activité augmentait et diminuait de concert — l’histoire a changé. Le motif de « connectivité fonctionnelle » à travers le cortex dépendait fortement du type de piste, même si les niveaux d’activité globaux ne variaient pas.

Un rôle particulier pour un centre de planification motrice

Le cortex moteur secondaire, ou M2, est supposé aider à transformer l’information sensorielle en plans de mouvement. Pendant une marche soutenue sur le tapis roulant, cette portion médiale de M2 montrait une connectivité interne nettement plus faible avec le reste du cortex comparé à la marche sur la roue ou le disque. Sur la roue courbée et le disque rotatif, où les animaux devaient ajuster constamment leur posture et leur trajectoire, M2 et des régions lointaines comme les cortex visuel et rétrosplénial étaient plus étroitement liées. En revanche, sur le tapis droit et plus simple, le couplage réduit de M2 suggère que, une fois qu’un pas stable est atteint, il peut basculer vers un rôle inhibiteur ou de filtrage, limitant les communications inutiles pendant que le corps exécute un schéma bien rodé.

Pourquoi la forme du sol importe

Globalement, l’étude montre que le réseau de communication interne du cerveau pendant la marche est ajusté aux exigences physiques de l’environnement. Les pistes linéaires comme les tapis roulants produisent une locomotion relativement stable nécessitant moins de coordination complexe, tandis que les pistes courbées ou rotatives induisent des interactions plus riches entre les régions motrices, sensorielles et liées à la navigation. Pour les chercheurs et cliniciens intéressés par les troubles du mouvement ou la réhabilitation, ce travail souligne que toutes les tâches de marche ne se valent pas : comprendre la santé et la maladie exigera d’observer non seulement l’activité cérébrale, mais aussi la façon dont ses régions communiquent entre elles face à différents types de défis de mouvement.

Citation: Lee, C.H., Lee, G., Song, H. et al. Widefield cortical activity and functional connectivity during motorized locomotion. Commun Biol 9, 264 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09541-x

Mots-clés: locomotion, cortex moteur, connectivité fonctionnelle, intégration sensori-motrice, imagerie en champ large