Louis DEVERS – Soutenance de thèse

Soutenance en français

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Equipe : Collective Animal Behaviour (CAB), CRCA-CBI

Encadrement : Vincent Fourcassié (CRCA-CBI)

Jury :

Présidente de jury :

    • Audrey Dussutour, Directrice de recherche au CRCA-CBI

Rapporteurs :

    • François-Xavier Dechaume-Moncharmont, Professeur, Laboratoire d’Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés, Université Claude Bernanrd Lyon 1
    • Thibaud Monnin, Directeur de Recherche, Institut d’Écologie et des Sciences de l’Environnement de Paris (iEES Paris), Sorbonne Université
    • Andrea Perna, Senior Lecturer, Assistant professor, IMT School for Advanced Studies in Lucca, Italy

Examinatrice :

    • Claire Detrain, Directrice de recherche au FRS – FNRS (Bruxelles)

Directeur de Thèse :

    • Vincent Fourcassié, Directeur de recherche, CRCA CBI (Toulouse)

Résumé :

Les fourmis sont connues pour leurs capacités d’auto-organisation et leurs performances hors du commun dans les activités de fourragement et de transport, et ce, avec des capacités cognitives relativement réduites. Elles sont capables de résoudre des problèmes parfois complexes, comme le choix parmi plusieurs options du chemin le plus court, la thermorégulation du nid, ou encore la régulation énergétique et nutritive de la colonie, avec une aisance déconcertante. Chez les fourmis, la solution du problème à l’échelle collective émerge de la somme d’interactions simples et locales entre elles et leurs milieux (par dépôt de phéromones par exemple). Les fourmis sont par conséquent, un modèle pertinent pour étudier la prise de décision à l’interface entre des individus simples et limités cognitivement et un collectif complexe et pertinent, voire optimal.

Une des tâches dans lesquelles s’illustrent parfaitement les fourmis est le transport. Les fourmis constituent en effet un des rares groupes d’espèces capables de déplacer des objets de masse importante sur de longues distances, une fois ramenées à leurs échelles. Elles sont notamment capables de s’organiser autour d’une charge et de la porter collectivement afin de dépasser leurs limitations individuelles. Les tâches de transports sont omniprésentes durant le fourragement, la construction du nid, ou encore le soin au couvain, et sont donc essentielles pour la colonie. Chaque décision de porter un objet d’un point A à un point B entraîne un coût énergétique potentiellement important pour les fourmis. Une forme de régulation de l’effort pourrait donc être attendue. Cette thèse se propose d’étudier les prises de décision des fourmis dans des contextes de transports, et de les mettre en relation avec les coûts énergétiques produits. La question principale motivant nos recherches est donc : quelle est la place de la régulation énergétique dans les prises de décision de transport chez les fourmis ?

La thèse est constituée de deux chapitres portant sur la même question étudiée dans deux contextes différents et sur deux espèces différentes. Premièrement nous avons étudié le transport d’objet dans une tâche de choix binaire, à savoir le transport d’obstacle lors de la désobstruction d’une galerie souterraine chez Messor barbarus. Puis, nous nous nous sommes intéressés à l’impact de la mobilité d’une charge dans un contexte de transport collectif chez Aphaenogaster senilis.

Nous avons quantifié la qualité des transports effectués avec des mesures objectives comme l’efficacité ou le travail mécanique issus de modèles mécaniques réalisés pour cette thèse. Nous nous sommes intéressés notamment aux prises mandibulaires sur la charge, en les considérant comme la base du comportement de transport. Les prises mandibulaires marquent en effet autant l’initiative du transport (au début de la prise) que la persistance sur la tâche (par leurs durées).

Nous avons observé que les fourmis, quand elles sont confrontées à un choix entre deux options pour dégager un objet obstruant une galerie plus ou moins inclinée, tiraient l’objet vers le côté nécessitant le plus faible travail mécanique dans 75% des cas. Cependant, si la fourmi semble résoudre cette tâche individuellement de manière efficace, cette efficacité reste toute relative au niveau collectif. Nous avons aussi observé que, si les durées des prises mandibulaires sur l’objet étaient plus courtes sur des tâches plus dures, la quantité d’énergie utilisée, elle, restait inchangée. La quantité d’énergie utilisée semble dépendre des capacités musculaires des fourmis, ce qui pourrait indiquer qu’elles accomplissent un effort relatif similaire à chaque tentative de transport.

Lors de transports collectifs, nous avons observé que les fourmis ne se disposaient pas autour de la charge de manière aléatoire. Les dispositions préférées par les fourmis sont celles réduisant les forces totales à mobiliser pour maintenir l’objet au-dessus du sol. Cette préférence des fourmis pour les dispositions avantageuses disparaît si la charge est maintenue par une épingle. On note aussi que les dispositions désavantageuses sont abandonnées plus vite que les autres, suggérant une forme de régulation énergétique du comportement sur la tâche.

Mots clefs : Ethologie quantitative, Prise de décision, transport de charge, Optimisation, Comportement collectifs, Fourmis

 

Manon TERNOIS – Soutenance de thèse

Soutenance en français

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Equipes : IVEP (CRCA-CBI) & NNCED (CIRIMAT)

Encadrement : Audrey Dussutour (CRCA-CBI) & Emmanuel Flahaut (CIRIMAT)

Jury :

  • Mme Anna Bencsik, ANSES site de lyon, Rapporteure
  • Mme Catherine Santaella, CNRS Institut de Biosciences et Biotechnologies d’Aix-Marseille Université, Rapporteure
  • Mme Mélanie Auffan, CNRS CEREGE, Examinatrice
  • Mme Noélie Davezac, CNRS CRCA-CBI, Examinatrice
  • Mme Audrey Dussutour, CNRS CRCA-CBI, Directrice de thèse
  • Emmanuel Flahaut, CNRS CIRIMAT, Co-directeur de thèse

Résumé :

Les nanotubes de carbone (NTC) sont des nanomatériaux carbonés dont le développement industriel a atteint un stade de maturité qui permet leur utilisation dans de nombreuses applications de la vie courante (matériaux composites, revêtements, stockage d’énergie, biomédical, etc.). Ils sont une source de préoccupation pour la santé humaine et environnementale car ils peuvent être disséminés dans l’environnement à chacune des étapes de leur cycle de vie (production, utilisation et fin de vie de produits finis). Même si les études consacrées à leur impact potentiel sur la santé et l’environnement ont débuté il y a une quinzaine d’années, de nombreuses questions restent en suspens.

L’objectif de cette thèse, est d’évaluer les effets des NTC (nous avons travaillé ici avec des NTC à double-paroi (DWCNT) en tant que représentants de l’ensemble des différents types de NTC) sur un modèle cellulaire émergent, à l’interface de la toxicologie environnementale et de la toxicologie cellulaire : le myxomycète Physarum polycephalum. D’une part, P. polycephalum vit principalement dans la litière du sol, un milieu réceptacle et concentrateur de pollution, où il occupe une place essentielle dans l’écosystème en participant activement au recyclage de la matière organique. D’autre part, la simplicité d’organisation de P. polycephalum (unicellulaire eucaryote) nous a permis d’évaluer l’internalisation et la bioaccumulation des NTC au sein de la cellule. Finalement, la complexité comportementale (résolution de problèmes et adaptation de leur comportement face aux hétérogénéités de l’environnement) de P. polycephalum nous a permis de mesurer les effets des NTC sur différentes variables comportementales telles que la vitesse de déplacement et la prise de décision. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence une internalisation des NTC dans la cellule, une absence de bioaccumulation, et une élimination rapide. Nous avons ensuite démontré que les NTC induisent des effets variables sur le comportement de P. polycephalum (vitesse ralentie ou accélérée, prise de décision optimale ou non-optimale), qui diffèrent selon la souche utilisée, la durée d’exposition, la concentration d’exposition, et le substrat utilisé. En combinant l’exposition aux NTC à d’autres facteurs de stress (composé aversif, vieillissement, température), nous avons observé une réponse comportementale qui demeure extrêmement variable.

Ces travaux révèlent que les NTC ont des effets modérés et difficilement quantifiables sur la réponse comportementale de P. polycephalum. Par la suite, il sera intéressant d’examiner les effets NTC sur la réponse physiologique et moléculaire de cet organisme.

© Photo : Romain Hacquet – @aker.romain

 

Léo CLEMENT – Soutenance de thèse

Soutenance en anglais

Lien Zoom : https://us06web.zoom.us/j/86474991977

Equipe : BeeAntCE

Encadrement : Antoine WYSTRACH & Jacques GAUTRAIS

Jury :

  • M. Andrew PHILIPPIDES, University of Sussex, Rapporteur
  • Mme Emily BAIRD, Stockholm University, Examinatrice
  • M. Antoine WYSTRACH, CNRS, Co-directeur de thèse
  • M. Franck RUFFIER, CNRS – Institut des Sciences du Mouvement Marseille, Examinateur
  • Mme AUDREY DUSSUTOUR, CNRS, Examinatrice
  • M. Simon BENHAMOU, CNRS / CEFE, Rapporteur

Résumé :

La navigation est une capacité essentielle pour les animaux, mais est une tâche complexe en raison de la nature de l’environnement qui est en constante évolution. Les hyménoptères, tels que les fourmis, ont développé des capacités remarquables pour naviguer dans ces environnements complexes malgré un système nerveux beaucoup plus simple que celui des vertébrés. Ainsi, les fourmis sont un modèle puissant pour étudier les mécanismes sous-jacents à la navigation.

Grâce au développement d’outils neurobiologiques chez les insectes, nous avons maintenant une description de plus en plus détaillée des circuits de ces « mini-cerveaux ». Ces réseaux, composés d’un grand nombre d’unités en interactions (neurones), sont le site d’une activité interne très dynamique qui permet un couplage efficace de l’organisme avec son environnement. Le domaine de la navigation des insectes a intégré cette connaissance neurobiologique avec une tradition de longue date d’expériences comportementales, couplé, plus récemment, à de la modélisation. Cette approche intégrative a fourni des informations précieuses sur la manière dont les comportements complexes émergent.

Cette thèse présente une approche intégrative combinant des expériences comportementales et de modélisation dans le but de mieux comprendre les mécanismes de la navigation chez les fourmis.

Premièrement, je m’intéresse à la dynamique de l’apprentissage visuel lorsque les fourmis naviguent dans des conditions naturelles. Il y a déjà de bonnes connaissances sur la manière dont le cerveau des insectes peut mémoriser et reconnaître des vues, et comment ces vues peuvent être utilisées pour la navigation. Cependant, on ne sait pratiquement rien sur la façon dont l’apprentissage est orchestré en premier lieu. Apprendre une route ne peut pas être régie uniquement par des récompenses et des punitions, mais peut se produire de manière continue ; un concept vague appelé « apprentissage latent » dans la littérature des vertébrés. En combinant modélisation et expériences de terrain, je montre que les fourmis apprennent les routes de manière continue, soutenue par des mémoires égocentriques plutôt qu’une reconstruction de l’espace sous forme de ‘carte cognitive’.

Deuxièmement, je mets en lumière comment la reconnaissance visuelle de niveau « supérieur» et le contrôle moteur basal interagissent. La plupart, voire toutes, les études sur la navigation animale se concentrent sur l’utilisation des stratégies de haut niveau telles que l’intégration du trajet, la reconnaissance de repères visuels appris et l’utilisation de cartes cognitives. Cependant, comment ces stratégies de haut niveau sont soutenues par les comportements moteurs de bas niveau (souvent plus ancestraux) reste largement inexploré. J’ai enregistré avec une grande précision le comportement moteur des fourmis directement dans leur environnement naturel et montré que les stratégies de navigation de haut niveau sont soutenues par un contrôle moteur de bas niveau. Nous révélons ici l’existence – et l’importance – d’un oscillateur intrinsèque au cœur des comportements de navigation. Finalement, j’ai étudié les indices spécifiques encodés par les fourmis dans les scènes visuelles.

J’ai utilisé la réalité virtuelle (RV) pour explorer quels indices visuels sont encodés par les fourmis pour déclencher leurs comportements de navigation. Grâce à cette approche, j’ai pu déterminer sur quelles caractéristiques les fourmis se basent pour déterminer si l’environnement perçu déclenche ou non un comportement d’exploration.

Dans l’ensemble, cette thèse m’a permis de comprendre que le comportement, plutôt que d’être un ensemble d’actions discrètes, est un processus continu où l’intelligence peut être considérée comme une propriété émergente. J’ai utilisé diverses approches, certaines réussies, d’autres infructueuses, mais toutes ont amélioré ma vision de la façon dont je dois poser et répondre à une question scientifique.

 

 

Nour SGHAIER – Soutenance de thèse

Soutenance en français

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Equipe : CAB

Encadrement : Pierre Moretto (CRCA-CBI) et Nicolas Turpin (IRISSE)

Jury :

  • BARBIER Frank (Rapporteur), Université Polytechnique Hauts-de-France, Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique industrielles et Humaines (LAMIH UMR-CNRS 8201)
  • CHEZE Laurence (Rapporteure), Université Gustave Eiffel, Laboratoire de biomécanique et mécanique des chocs (LBMC UMR_T9406)
  • MARIN Frédéric (Examinateur), Université Technologie de Compiègne, Biomécanique et Bioingénierie (BMBI – UMR CNRS 7338)
  • CHAVET Pascale (Examinatrice), Université Aix-Marseille, Institut des Sciences du Mouvement (ISM – UMR 7287)
  • MORETTO Pierre (Directeur de thèse), Université Paul Sabatier, Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA – UMR 5169)
  • TURPIN Nicolas (Codirecteur de thèse), Université de la Réunion, Ingénierie de la Santé, du Sport et de l’Environnement (IRISSE – UR 4075)

Résumé :

Le transport de charge collectif est une tâche courante que nous réalisons dans notre vie quotidienne et professionnelle. Elle implique la collaboration de deux personnes ou plus pour soulever et déplacer un objet. Jusqu’à aujourd’hui les mécanismes qui sous-tendent ce mouvement et cette collaboration restent peu abordés dans la littérature. Ce travail de thèse fait partie du projet ANR CoBot (Projet-ANR-18-CE10-0003) qui a pour but de rendre un robot humanoïde collaboratif lors d’un transport de charge. Les travaux de cette thèse visent en particulier à étudier l’interaction humain-humain durant un transport de charge, plus particulièrement lors d’un transport de table ou de brancard et d’en extraire des paramètres biomécaniques rendant compte du contrôle de cette tâche. Trois grandes questions motivent ce projet : (1) L’efficacité individuelle et collective des participants se dégrade-t-elle avec la complexité de la tâche ? (2) L’implication et les stratégies locomotrices sont-elles affectées par la marche arrière et la marche liée ? et (3) Le transfert d’énergie au niveau des membres supérieurs est-il efficace lors d’un transport de charge ?

Pour répondre à ces questions, l’analyse réalisée s’est basée sur les techniques et méthodes déjà décrites dans la littérature et se concentre plus particulièrement sur : (i) une analyse du patron locomoteur, (ii) une analyse des efforts articulaires et (iii) une analyse du transfert d’énergie au niveau des membres supérieurs. Nos résultats montrent une altération du comportement pendulaire du centre de masse des participants lors de l’addition d’une tâche de précision au transport de charge. Nous avons également identifié la marche arrière comme étant le facteur impactant le plus les patrons locomoteurs et l’efficacité d’un transport de brancard. Les résultats mettent en évidence une implication et un rôle distinct pour chaque participant. En fonction de leur placement et des informations de l’environnement perçues, un participant guidera le mouvement, alors que l’autre soulèvera la charge et suivra le déplacement. Ces résultats sont étayés par la troisième étude qui montre que le participant qui guide le mouvement génère et dissipe l’énergie nécessaire à la manutention alors que le « suiveur » est neutre. Ces résultats permettent d’avancer sur la compréhension des interactions nécessaires lors d’un transport de charge et offre un large panel d’applications potentielles. En effet, les résultats pourront être utilisés pour l’amélioration de la commande en cobotique, sécurisant les interactions homme-machine, tant lors d’interactions avec des cobots que lors de tâches assistées par des exosquelettes. Enfin, nos résultats doivent permettre de préciser certaines recommandations ergonomiques.

 

Ricardo SANTIAGO ARAUJO – Soutenance de thèse

Soutenance en anglais

  https://univ-tlse3-fr.zoom.us/j/98820467021?pwd=RzRGb0NmNVVPZUVKeHdibjh6ZFhGQT09

Equipe : PRADA (EDB)

Encadrement : Guillaume Isabel (CRCA-CBI) et Jean-Louis Hemptinne (EDB)

Jury :

  • Examinateur: Director of Research Etienne Danchin, Université Toulouse III
  • Co-directeur: Prof. Guillaume Isabel, Université Toulouse III
  • Examinateur: Prof. Paul Seabright, Université Toulouse I
  • Examinateur: Dr. Sabine Noebel, Martin-Luther-University
  • Rapporteur: Prof. Andrew Whiten, University of Saint Andrews
  • Rapporteur:  Prof. Boris van Leeuwen, University of Tilburg
  • Rapporteur: Prof. Jean-Christophe Billeter, University of Groningen

Résumé :

L’apprentissage social englobe toutes les façons dont un individu apprend des autres. Ce phénomène a déjà été identifié chez de nombreuses espèces non humaines. Le conformisme, le fait de copier de manière disproportionnée le trait le plus commun d’un groupe, est un facteur important dans l’émergence de la culture.

Dans cette thèse interdisciplinaire, j’étudie l’apprentissage social, le conformisme et les processus connexes à la fois chez l’Homme (Homo sapiens, chapitre 1) et chez la drosophile (Drosophila melanogaster, chapitre II), afin de (1) mieux comprendre ces phénomènes à travers les espèces ; (2) trouver des points communs et des différences entre ces deux espèces ; (3) aider à  élucider la nature du conformisme humain et (4) contribuer à réconcilier les approches distinctes de différentes disciplines.

Dans le premier chapitre, nous avons utilisé un nouvel ensemble d’outils expérimentaux dans deux expériences en ligne pour tester le rôle de l’information sociale dans la perception que les gens ont de leur environnement. Ces résultats mettent en évidence le conformisme dans deux contextes. Enfin, nous avons testé si le conformisme était plus fort dans le choix du partenaire que dans d’autres situations mais nous n’avons trouvé aucune preuve de cela lorsque nous avons effectué une comparaison avec un test d’estimation de ratio.

Dans le deuxième chapitre, nous nous sommes concentrés sur la copie du choix de partenaires chez D. melanogaster afin d’étudier comment les individus ajustent leur comportement en réponse à des informations sociales qui changent au fil du temps, et comment ils gèrent des informations sociales contradictoires présentées séquentiellement. Pour aborder cette question, nous avons utilisé un nouveau protocole d’enregistrement vidéo dans une expérience comportant deux démonstrations successives, chacune consistant en une image d’une femelle copulant avec un mâle de phénotype différent. De manière inattendue, les femelles ont eu tendance à préférer le phénotype de la première démonstration, ce qui suggère un biais de primauté, défiant l’intuition selon laquelle l’apprentissage social donnerait la priorité aux informations sociales récentes qui devraient refléter plus précisément l’environnement actuel.

 

Ana MORAN – Soutenance de thèse

Soutenance en anglais

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Equipe : IVEP

Encadrement : Jacques Gautrais (CRCA-CBI)

Jury :

  • Dr. Simon Benhamou – CEFE, Montpellier – Reviewer
  • Dr. Carmen Bessa-Gomes – AgroParisTech, Paris – Reviewer
  • Pr. Richard Fournier – LaPlace, Toulouse – Examiner
  • Pr. Frederic Bartumeus – ICREA, Spain – Examiner
  • Dr. Jacques Gautrais – Research Center on Animal Cognition, Toulouse – Thesis supervisor
  • Dr. Alfonso Pérez-Escudero – Research Center on Animal Cognition, Toulouse – Guest
  • Dr. Mathieu Lihoreau – Research Center on Animal Cognition, Toulouse – Guest

Résumé :

Comprendre comment les pollinisateurs se déplacent dans l’espace est essentiel pour comprendre les dynamiques de pollinisation entre les plantes. Il est généralement supposé que les insectes pollinisateurs recherchent les fleurs en suivant des règles de déplacement simples, de sorte que la probabilité de découvrir une fleur dépend essentiellement de sa distance par rapport au nid. Cependant, des travaux expérimentaux montrent que ce n’est pas toujours le cas.

Jusqu’à présent, personne n’a proposé de modèle réaliste de déplacement d’insecte pollinisateur qui tienne compte du fait qu’ils sont des « central place foragers » pour prendre en compte le fait que toutes leurs trajectoires commencent et se terminent en un point central : le nid.

Afin d’approfondir nos connaissances sur le mouvement exploratoire de ces insectes en tant que « central place foragers », je propose un modèle qui produit des trajectoires d’insecte pollinisateur réalistes en tenant compte de l’autocorrélation de la vitesse angulaire de l’individu, de l’attraction vers le nid et d’un bruit gaussien.

Les quatre paramètres de ce modèle ont été ajustés sur la base de trajectoires expérimentales recueillies sur des bourdons (Bombus terrestris) sur le terrain. Le modèle peut décrire non seulement les statistiques de trajectoires des insectes pollinisateurs, mais aussi ceux d’autres animaux qui fourragent autour d’un point central.

Le modèle proposé permet de calculer des prédictions théoriques sur la pollinisation en milieu naturel. Dans le présent travail, j’ai exploré les statistiques de découverte des fleurs en fonction de la taille et de la densité des parcelles de fleurs.

Les simulations de trajectoires de bourdons mettent en évidence deux effets qui avaient été négligés jusqu’ici : un effet de masquage qui réduit la détection des fleurs proches les unes des autres et un effet d’échelle qui module ce premier effet en fonction de la distance entre les fleurs.

Au niveau de la plante, les fleurs éloignées du nid sont plus souvent découvertes par les bourdons dans les environnements à faible densité. Au niveau de la colonie, les butineuses trouvent plus de fleurs lorsque celles-ci sont petites et à des densités moyennes. Ces résultats suggèrent que la pollinisation serait optimisée dans une gamme de densités de fleurs intermédiaires : lorsque la densité est trop faible, trop peu de fleurs sont découvertes ; lorsque la densité devient trop élevée, les fleurs éloignées du nid sont masquées par les fleurs plus proches en raison de l’effet de masquage.

Ces résultats indiquent que les processus de recherche et de découverte des ressources sont potentiellement plus complexes que les prédictions fondées sur les seuls effets de distance, et mettent en question l’importance de la distribution et de l’abondance des ressources sur le succès du butinage des insectes pollinisateurs et la pollinisation des plantes.

© Crédit photo: Romain Hacquet – @aker.romain

 

Guillaume BOUISSET – Soutenance de thèse

Soutenance en français

Lien Zoom : https://univ-tlse3-fr.zoom.us/j/99182743985

Equipe : REMEMBER

Encadrement : Lauve VERRET (CRCA-CBI)

Jury :

  • Bertrand Lamboblez – rapporteur
  • Hélène Marie – rapporteure
  • Francesca Sargolini – rapporteure
  • Vincent Fourcassié – examinateur
  • Laure Verret – directrice de thèse

Résumé :

La maladie d’Alzheimer (MA) est associée à des perturbations de l’activité cérébrale qui sous-tendent les déficits cognitifs.  Il est désormais établi que le dysfonctionnement des neurones GABAergiques exprimant la protéine parvalbumine (PV) contribue à ces altérations de l’activité cérébrale—et donc aux troubles cognitifs—chez les souris modèles et les patients MA. Dans le cerveau adulte, les neurones PV sont généralement associés à une matrice extracellulaire spécialisée, le réseau périneuronal (PNN), dont la présence contribuerait au maintien à long-terme d’un réseau cérébral PV-dépendant. Nous avons récemment démontré que la présence de PNN autour des cellules PV était réduite dans l’hippocampe des souris Tg2576, modèles MA, ce qui pourrait contribuer aux déficits de mémoire observés dans ce modèle. De plus, les souris Tg2576 jeune adultes exposées à un environnement enrichi (EE) montrent une augmentation du nombre d’interneurones PV/PNN quantifiables dans l’hippocampe, ainsi qu’une amélioration cognitive durable.

Au cours de cette thèse, nous avons testé l’hypothèse selon laquelle le remodelage des interneurones PV/PNN de l’hippocampe induits par les stimulations environnementales est nécessaire à l’amélioration cognitive des souris Tg2576. Pour répondre à cette question, nous avons dans une première étude, cherché à empêcher le remodelage EE-dépendant des interneurones PV et de leur de PNN dans l’aire hippocampique CA1 spécifiquement­—via une injection ciblée de chondroïtinase-ABC (ChABC)—et observé que cela est suffisant pour annihiler les effets bénéfiques de l’EE sur les performances de mémoire spatiale (dépendant de l’activité de l’aire CA1), sans affecter les améliorations de mémoire sociale (dépendant de CA2). Ceci suggère fortement que les effets bénéfiques de l’EE sur les performances mnésiques des souris modèles de la MA est sous-tendu, au moins partiellement, par une augmentation de l’activité des neurones PV hippocampiques et/ou de la présence de PNN. D’autre part, sur la base de récentes études, nous avons cherché à déterminer si exposer les souris Tg2576 à des stimulations visuelles et/ou auditives à la fréquence gamma (40Hz) permet de mimer les effets d’un séjour en EE sur le remodelage des neurones PV/PNN et les performances mnésiques. Cependant, cette expérience n’a pas permis d’obtenir de résultats concluant sur les effets potentiels des stimulations multimodales gamma sur les interneurones PV. Enfin, nous avons utilisé la technique innovante de microscopie haute-résolution Random Illumination Microscopy (RIM) pour identifier si les différences de nombre de PNN observées en fonction des différentes conditions expérimentales (souris Tg2576 et non-transgéniques, exposées ou non à l’EE, injectées ou non par la ChABC) s’accompagnent d’un remodelage de la présence de synapses périsomatiques sur les neurones PV hippocampiques.

Ainsi, nos travaux identifient les neurones PV et leur matrice extracellulaire PNN comme des acteurs essentiels de l’amélioration comportementales à long-terme des souris modèles de la MA suite à des stimulations environnementales précoces, en faisant des cibles thérapeutiques d’intérêt pour lutter contre les troubles cognitifs associés à la pathologie.

 

Flora D’OLIVEIRA DA SILVA – Soutenance de thèse

Soutenance en français

Lien Zoom : https://univ-tlse3-fr.zoom.us/j/99150206269

Equipe : REMEMBER

Encadrement : Lionel MOULEDOUS (CRCA-CBI)

Jury :

  • Dr. Lionel Moulédous – CRCA
  • Pr. Bruno Guiard – CRCA
  • Dr. Catherine Mollereau-Manaute – CRCA
  • Dr. Domonique Massotte – Institut des neurosciences cellulaires et intégratives INCI – Université de Strasbourg
  • Dr. Sophie Tronel – Bordeaux Neurocampus
  • Dr. Jean-Phillipe Guilloux – Université Paris-Sud, Université Paris Saclay

Résumé :

La réponse physiologique au stress permet aux organismes de s’adapter. Cependant, lorsque le stress perdure, la réponse devient inadaptée et provoque des déficits de mémoire et des déficiences structurelles dans l’hippocampe, une région clé pour la mémoire. Les mécanismes sous-jacents à ces effets délétères ne sont pas entièrement compris. Le stress induit la libération d’un neuropeptide nommé Nociceptine/OrphanineFQ qui agit sur son récepteur NOP et possède des propriétés amnésiantes. Nous avons donc présumé qu’il pourrait être un médiateur des effets négatifs du stress chronique.

Notre travail montre que le blocage des récepteurs NOP restaure les performances de mémoire à long terme et protège des altérations structurelles de l’hippocampe chez des souris modèles de stress chronique.

Ces travaux ouvrent la voie au développement de nouvelles stratégies utilisant le récepteur NOP comme cible pharmacologique pour le traitement des déficits de mémoire dans les troubles liés au stress.

Anna B. SZABO – Soutenance de thèse

Soutenance en anglais

Lien Zoom : https://univ-tlse3-fr.zoom.us/j/92029196377?pwd=aGY4aTRDV2lSYUw3MFp6cmM4amZWZz09

Equipe : REMEMBER

Encadrement : Lionel DAHAN (CRCA-CBI) / Luc VALTON (CerCo)

Jury :

  • Pr. Marc Dhenain, Rapporteur, Université Paris-Saclay, Fontenay-aux-Roses
  • Dr. Pierre-Pascal Lenck-Santini, Rapporteur, Aix-Marseille Université, Marseille
  • Dr. Laure Peter-Derex, Rapporteure, Université Claude Bernard Lyon 1, Lyon
  • Pr. Marie Sarazin, Examinatrice, Sorbonne Université, Paris
  • Pr. Maria-Eugénia Soto-Martin, Examinatrice, Université Paul Sabatier, Toulouse
  • Pr. Agnès Trebuchon-Da Fonseca, Examinatrice, Aix-Marseille Université, Marseille
  • Dr. Lionel Dahan, Supervisor, Université Paul Sabatier, CRCA-CBI, Team REMEMBER, Toulouse
  • Dr. Luc Valton, Supervisor, CHU de Toulouse, Université Paul Sabatier, CerCo, Team DYNAMO, Toulouse

Résumé :

Des recherches sur des modèles murins de la maladie d’Alzheimer (MA) ont montré que le déséquilibre entre excitation et inhibition cérébrales provoque des activités épileptiques qui pourraient jouer un rôle dans la physiopathologie de cette maladie. Des études cliniques ont depuis montré que des activités épileptiques peuvent également être présentes jusqu’à chez 50% des patients atteints de MA, mais qu’elles peuvent passer inaperçues en raison de leur nature silencieuse et de leur survenue essentiellement nocturne. Ce travail de thèse visait à mieux comprendre les intrications entre la MA, l’épilepsie, le sommeil et la mémoire via une approche translationnelle.

La première partie de ce travail correspondait à une étude préclinique dans laquelle j’ai cherché à caractériser (I) ces activités épileptiques au cours du cycle veille-sommeil chez la souris Tg2576 (modèle de la MA) tout au long de la vie et (II) ses mécanismes sous-jacents. Les résultats suggèrent une forte prédominance des activités épileptiques pendant le sommeil, et particulièrement pendant le sommeil paradoxal (SP). De plus, ces activités épileptiques surviennent sur la phase du rythme thêta du SP où les cellules pyramidales ont le plus de probabilité de déclencher des potentiels d’action. Finalement, ces activités épileptiques semblent être atténuées par la noradrénaline via les récepteurs de type α1-AR pendant l’éveil et en partie pendant le sommeil lent, et seraient démasquées durant le SP quand les cellules noradrénergiques cessent leur activité. Étant donné l’atteinte précoce des neurones noradrénergiques chez les patients atteints de MA, cela pourrait avoir des implications cliniques.

Dans la deuxième partie, les objectifs étaient de (I) caractériser la prévalence et la distribution des activités épileptiques au cours des différents stades du sommeil chez 30 patients atteints de la MA (précoces, et sans épilepsie), en comparaison avec une population de contrôles appariés et de (II) comprendre leur impact sur le déclin cognitif et sur la consolidation mnésique. A cette fin les participants ont subi un examen vidéo-EEG avec détection des activités épileptiques et polysomnographie, et un examen neuropsychologique, avec des tests de mémoire réalisés à la fois avant et après la nuit de sommeil. Ces mesures ont été complétées par une IRM cérébrale, des analyses génétiques, et une évaluation des facteurs liés au mode de vie. Les résultats préliminaires avec 25 participants par groupe montrent un risque de survenue des activités épileptiques 5 fois plus élevé chez les patients. Contrairement aux souris Tg2576, les patients présentent des activités épileptiques surtout pendant le sommeil lent. De plus, la proportion de sommeil superficiel chez les patients est augmentée au détriment du sommeil profond. Par ailleurs, la prévalence du syndrome d’apnée du sommeil est étonnamment élevée dans notre échantillon : 52% chez les participants contrôles, et encore plus (60%) chez les patients. Bien que la taille de notre échantillon soit actuellement insuffisante pour tirer des conclusions définitives de nos résultats préliminaires, ceux-ci suggèrent un impact composite de la quantité du sommeil, des anomalies respiratoires, des AEs et de la MA elle-même sur les déficits de la consolidation mnésique en particulier en mémoire épisodique. Il est ainsi proposé que la recherche et le traitement des activités épileptiques et des apnées du sommeil ainsi que l’amélioration de la qualité du sommeil pourrait ralentir le déclin des fonctions mnésiques chez les patients atteints de la MA.

Haiyang GENG – Soutenance de thèse

Présentation en anglais

Encadrement : Isabelle Massou et Martin Giurfa

Jury :

  • M. Claudio LAZZARI (Université de Tours)  Rapporteur
  • Mme Emmanuelle JACQUIN-JOLY (INRAE iEES – Paris)Rapporteure
  • M. Cédric ALAUX (INRAE Avignon)Examinateur
  • Mme Isabelle MASSOU (Research Centre of Animal Cognition)Co-directrice de thèse
  • M. Martin GIURFA (Research Centre of Animal Cognition)Co-directeur de thèse

Résumé :

La capacité de vision en couleurs des abeilles mellifères repose sur l’existence de trois types de photorécepteurs dans leur rétine dont la sensibilité maximale dans les domaines de l’ultraviolet, bleu et vert est conférée par trois types d’opsines localisées dans ces photorécepteurs. Alors que les aspects comportementaux de la vision des couleurs des abeilles ont été explorés de manière intensive grâce à la facilité avec laquelle les butineuses en vol libre peuvent être entraînées à des stimuli visuels associés à une solution de saccharose, les fondements moléculaires de cette capacité ont été à peine explorés. Afin de combler ce vide, nous avons développé des études qui vont de l’exploration des propriétés des opsines aux analyses de changements de l’expression des gènes dans le cerveau de l’abeille pendant l’apprentissage et la rétention des couleurs dans des protocoles contrôlés en laboratoire.

Dans un premier temps, nous avons caractérisé la distribution des opsines dans le système visuel des abeilles mellifères, en nous concentrant sur deux types d’opsines sensibles maximalement au vert (Amlop1 et Amlop2), dont l’une (Amlop2) a été découverte lors du séquençage du génome de l’abeille. Nous avons confirmé qu’Amlop1 est présent dans les ommatidies de l’œil composé mais pas dans les ocelles, tandis qu’Amlop2 est confiné aux ocelles. Nous avons développé une approche CRISPR/Cas9 pour déterminer les différences fonctionnelles entre ces deux opsines.  Nous avons créé avec succès des abeilles mutantes adultes Amlop1 et Amlop2 au moyen de la technologie CRISPR/Cas9 et nous avons également développé des mutants pour le gène white afin de contrôler l’efficacité de notre méthode. Nous avons testé les mutants générés dans un protocole de conditionnement dans lequel les abeilles apprennent à inhiber leur attraction à une lumière chromatique par son association à une punition choc électrique (protocole Icarus). Les mutants white et Amlop2 ont appris à inhiber l’attraction spontanée à la lumière bleue alors que les mutants Amlop1 n’ont pas réussi à le faire. Ces résultats indiquent que les réponses à la lumière bleue, qui est également détectée partiellement par les récepteurs verts, sont médiées principalement par des photorécepteurs contenant Amlop1, mais pas par le système ocellaire contenant Amlop2. En conséquence, 24 heures plus tard, les mutants white et Amlop2 ont montré une mémoire aversive pour la couleur punie qui était comparable à celle des abeilles témoins, mais les mutants Amlop1 n’ont montré aucune mémoire. Nous discutons à partir des performances de contrôles avec les yeux ou les ocelles recouverts par une peinture noire et interprétons nos résultats en fonction de l’utilisation de la vision chromatique ou achromatique via les yeux composés ou les ocelles, respectivement.

Finalement, nous avons analysé l’expression de gènes précoces (IEG) dans des zones spécifiques du cerveau de l’abeille suite à un apprentissage associatif de couleurs dans un environnement de réalité virtuelle (RV). Nous avons varié les degrés de liberté de cet environnement et soumis les abeilles à une RV 2D dans laquelle seuls les mouvements latéraux des stimuli étaient possibles et à une RV 3D qui procurait une sensation plus immersive. Nous avons analysé les niveaux d’expression relative de trois IEG (kakusei, Hr38 et Egr1) dans les calices des corps pédonculés, les lobes optiques et du reste le cerveau suite à l’apprentissage discriminatif de deux couleurs.  Dans la RV 3D, les abeilles apprenant la tâche ont montrant une régulation à la hausse d’Egr1 uniquement dans les calices des corps pédonculés, montraint ainsi une implication privilégiée de ces régions du cerveau dans l’apprentissage associatif des couleurs. Pourtant, dans la RV 2D; Egr1 a été régulé à la baisse dans les OL, tandis que Hr38 et kakusei ont été aussi régulés à la baisse dans les calices des corps pédonculés des abeilles ayant appris la tâche de discrimination.  Bien que les deux scénarios de RV pointent vers des activations spécifiques des calices des corps  pédonculés (et des circuits visuels dans la RV 2D), la différence dans le type d’expression détecté suggère que les différentes contraintes des deux types de RV peuvent conduire à différents types de phénomènes neuronaux. Alors que les scénarios de RV 3D permettant la navigation et l’apprentissage exploratoire peuvent conduire à une régulation à la hausse des IEGs, les scénarios de RV 2D dans lesquels les mouvements sont limités induiraient des niveaux plus élevés d’activité inhibitrice dans le cerveau de l’abeille. Cette thèse propose ainsi une série de nouvelles explorations du système visuel, y compris de nouvelles analyses fonctionnelles et le développement de nouvelles méthodes pour étudier la fonction des opsines, qui font progresser notre compréhension de la vision des abeilles mellifères et de leur apprentissage visuel.

Mots-clés : Vision, Apprentissage visuel, Abeille mellifère (Apis mellifera), Opsines, Photorécepteurs, CRISPR/Cas9, Inhibition de l’Attraction Chromatique, Réalité Virtuelle, Cerveau, Expression de précoces (IEGs), Corps Pédonculés, Lobes Optiques.