Catégorie d'événements : 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

 

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.

 

 

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.

 

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.

 

Présentation en anglais

Encadrement : Isabelle Massou et Martin Giurfa

Jury :

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.