Insects are an established neurobiological model, in particular in the field of vision and navigation. For an insect traversing a route, the acquisition and processing of the visual information may serve an immediate goal or be remembered for a lifetime. This thesis brings together different approaches to study both short- and long-term visually-driven navigation in Hymenoptera.

No description available.

A tactile display system has been built with 25 contactors in a 5 × 5 array with 2mm spacing, designed to stimulate the fingertip. The drive mechanism for each contactor is a piezoelectric bimorph, allowing the display to use in functional magnetic resonance imaging experiments (fMRI). The amplitude and frequency of stimulation can be pre-set, and each contactor can be activated separately using a personal computer. The tactile produce a wide variety of time-varying spatial patterns of touch stimulation. The sensation is “natural” and the participants do not find the experience unpleasant. The psychophysics experiment and the first fMRI experiment involved identification of various patterns on the display: the tactile stimulus was stationary or moved in a circle or in a “random” trajectory with no obvious shape. Response was by push buttons. The second fMRI experiment focused on the relationship between the speed of tactile motion and the corresponding activation in the brain, using stimuli moving in a circular trajectory on the tactile display at various speeds in the range 2.9 to 77.9 mm s –1. In the psychophysics experiment, the mean identification score was 80% after only a few minutes’ practice. The results of the first fMRI experiment showed highly significant activations in primary and secondary somatosensory cortices for contrasts of circle or random stimuli with the rest condition; low significant activations in SI and SII were observed for the contrast of stationary stimuli with rest. Broca's area was found to be activated for circle and random stimulation but not for stationary stimulation. Results from the second fMRI experiment showed small speed-sensitive activations in the left side of the brain, mostly in the primary somatosensory cortex. The conclusion in present study was our tactile system can produce different types of tactile patterns and it works inside MRI scanner.

Chez les animaux et en particulier les insectes, l’alimentation comprend une phase d’examen sensoriel qui précède l’ingestion, afin notamment d’éviter d’ingérer des substances toxiques. Cette détection fait intervenir des cellules spécialisées dans la détection de telles molécules, cellules qui sont généralement qualifiées de sensibles aux goûts « amers ». A l’aide d’observations électrophysiologiques et comportementales, nous avons abordé comment un insecte modèle, la drosophile, était capable de détecter des substances potentiellement toxiques mélangées à des sucres à l’aide de ses neurones gustatifs. Dans une première partie, nous avons étudié la détection de la L-canavanine, qui est un acide aminé non protéique. Cette molécule est toxique pour l’homme comme pour les animaux car elle est confondue par le métabolisme avec un acide aminé, la L-arginine, et intégrée à sa place dans les protéines. En utilisant des constructions génétiques et en particulier le système UAS-Gal4, nous avons montré que la Lcanavanine est détectée par des cellules gustatives qui expriment une protéine réceptrice GR66a, qui est impliquée dans la détection de nombreuses substances amères. Nous avons également montré que, contrairement à la caféine, la détection de L-canavanine nécessite des protéines Gαo fonctionnelles. Nous avons ensuite étudié les interactions sucré-amer. Dans un premier travail, nous avons montré que l’addition de Lcanavanine une solution sucrée n’altérait pas la détection des sucres, contrairement à la strychnine qui peut complètement supprimer la détection du sucre dans les cellules gustatives. Grâce à des ablations spécifiques des cellules détectant l’amer, nous avons pu montrer que cette inhibition était une propriété intrinsèque des cellules sensibles aux. sucres. Les cellules sensibles aux sucres auraient donc des sites récepteurs non identifiés, sensibles à certains ligands amers. Nous avons également abordé des interactions inverses, à savoir l’inhibition de la détection de substances amères par des sucres, en confrontant 4 substances amères (denatonium, berberine, caféine, umbelliferone) à 12 sucres. Les observations que nous avons réalisées montrent que certains sucres exercent un effet inhibiteur sur la détection des molécules amères testées. En utilisant des outils génétiques permettant l’ablation des cellules sensibles aux sucres, nous avons montré que cette inhibition est une propriété intrinsèque des cellules sensibles à l’amer. Cependant, cet effet inhibiteur est loin d’être aussi efficace que l’inhibition des substances amères sur la détection des sucres. Dans une dernière partie, nous avons évalué la modulation de la détection gustative à l’aide d’analogues d’une neuro-hormone, la leucokinine, connue pour ses effets sur la diurèse. Lorsqu’elle est mélangée à une solution sucrée, ces analogues inhibent la détection des sucres par les sensilles gustatives, à la fois chez le moustique Aedes aegypti et chez la drosophile. La détection de substances « amères » par les cellules gustatives de drosophiles implique donc deux voies de codage : l’une, spécifique, concerne des cellules dédiées à la détection des substances amères ; l’autre, moins spécifique, affecte les cellules dédiées à la détection des sucres. De manière réciproque, ces cellules dédiées à la détection des molécules sont affectées par la présence de ligands sucrés. Le codage des informations gustatives à la périphérie est donc un phénomène plus complexe qui nécessite d’étudier plus précisément la détection de composés en mélanges. / In most animals including insects, ingestion is preceded by a close examination of the food, for example in order to detect the presence of potentially noxious chemicals. This detection involves specialized gustatory cells, which are generally described as sensitive to “bitter” tastes. Using electrophysiology and behavioral observations, we studied how a model insect, Drosophila melanogaster, can detect potentially toxic substances (described here as “bitter”) when mixed with sugar molecules, with their gustatory neurons. In a first part, we studied how L-canavanine is detected. Lcanavanine is a pseudo amino acid, which is confounded with L-arginine by the metabolism. Proteins which include Lcanavanine are non-functional and this compound is toxic for animals including insects. Using genetic constructions based on the UAS-Gal4 expression system, we showed that Lcanavanine is detected by gustatory cells expressing a receptor protein, GR66a, which is specific to most cells capable of detecting bitter substances. We also showed that, contrary to caffeine, the detection of L-canavanine requires functional Gαo proteins. Then, we studied some aspects of the detection of mixtures of sweet and bitter molecules. In a first approach, we contributed to establish that L-canavanine does not impact sugar detection, while other chemicals like strychnine completely inhibit sugar detection. By using the UAS-Gal4 system to ablate bitter-sensitive cells, we could demonstrate that such inhibition is a specific property of sugar- sensitive cells. These cells should have thus receptors for bitter substances which have not been identified yet. We also examined the reverse interaction, which is a possible role of sweet molecules to inhibit the detection of bitter substances. We examined the detection of denatonium, berberine, caffeine and umbelliferone in the presence of 12 different sugars, using behavioral and electrophysiology observations. By using genetic construction to ablate sugar-sensitive cells, we found that the sugar inhibitory action is not due to the presence of sugar-sensitive cells. It should be noted, however that in our experimental conditions, this inhibitory action is less efficient than the inhibition of bitter upon sugar detection. In a last part, we examined the modulation of gustatory perception by analogs of leucokinine, which is a neuropeptide involved in the diuresis of insects. We show that these analogs, when mixed with sugars in solution, can inhibit sugar detection by gustatory sensilla, both in Aedes aegypti mosquitoes and in Drosophila. The detection of bitter molecules by gustatory neurons in Drosophila thus involves two main coding channels: one is specific, and involves gustatory cells dedicated to the detection of bitter molecules; the second one, less specific, is affecting cells which are dedicated to the detection of sugar molecules. Gustatory coding is thus a more complex phenomenon than previously thought on the basis of examining responses to single molecules, thus urging to study the responses of gustatory receptors to more complex and natural mixtures.

L'homme ne perçoit pas l'espace de manière homogène : le cerveau code l'espace proche du corps différemment de l'espace lointain. Cette distinction joue un rôle primordial notre comportement social : l'espace proche du corps, appelé espace péripersonnel (EPP), serait une zone de protection du corps, où la présence d'un individu est perçue comme une menace. L'EPP a été initialement décrit par la psychologie sociale et l'anthropologie, comme un facteur de la communication humaine. L'EPP a été plus tard décrit chez le singe par des études de neurophysiologie comme un espace codé par des neurones multisensoriels. Ces neurones déchargent uniquement en réponse à des évènements sensoriels situés à une distance limitée du corps du singe (qu'ils soient tactiles, visuels ou auditifs). L'ensemble de ces neurones multisensoriels code ainsi l'EPP tout autour du corps. Ce codage exclusif de l'EPP est crucial pour interagir avec le monde extérieur, car c'est dans cet espace que sont réalisées les actions visant à protéger le corps ou visant à atteindre des objets autour de soi. Le codage mutlisensoriel de l'EPP pendant des interactions sociales est à ce jour peu étudié. Dans ce travail de recherche, nous avons réalisé plusieurs études en vu d'identifier des facteurs contribuant à la perméabilité de l'EPP et ses aspects adaptatifs. Une première étude a examiné les frontières latérales de l'EPP chez des individus seuls, en mesurant l'interaction d'une source sonore dynamique s'approchant du corps avec le temps de détection de stimulations tactiles. Cette étude a montré des différences dans la taille de l'EPP entre les deux hémi-espaces, qui seraient liées à la latéralité manuelle. Une seconde étude a exploré les modulations de l'EPP dans des contextes sociaux. Elle a montré que l'EPP est modifié lorsque des individus réalisent une tâche en collaboration. La troisième étude est une recherche méthodologique qui vise à dépasser les limitations des paradigmes comportementaux utilisés actuellement pour mesurer l'EPP. Elle propose de nouvelles pistes pour évaluer comment les stimuli approchant le corps sont intégrés en fonction de leur distance et du contexte multisensoriel dans lequel ils sont traités. L'ensemble de ces travaux montre l'intérêt d'étudier l'intégration multisensorielle autour du corps dans l'espace 3D pour comprendre pleinement l'EPP, et les impacts potentiels de facteurs sociaux sur les processus multisensoriels de bas-niveaux. De plus, ces études soulignent l'importance pour les neurosciences sociales de développer des protocoles expérimentaux réellement sociaux, à plusieurs participants. / The space near the body, called peripersonal space (PPS), was originally studied in social psychology and anthropology as an important factor in interpersonal communication. It was later described by neurophysiological studies in monkeys as a space mapped with multisensory neurons. Those neurons discharge only when events are occurring near the body (be it tactile, visual or audio information), delineating the space that people consider as belonging to them. The human brain also codes events that are near the body differently from those that are farther away. This dedicated brain function is critical to interact satisfactorily with the external world, be it for defending oneself or to reach objects of interest. However, little is known about how this function is impacted by real social interactions. In this work, we have conducted several studies aiming at understanding the factors that contribute to the permeability and adaptive aspects of PPS. A first study examined lateral PPS for individuals in isolation, by measuring reaction time to tactile stimuli when an irrelevant sound is looming towards the body of the individual. It revealed an anisotropy of reaction time across hemispaces, that we could link to handedness. A second study explored the modulations of PPS in social contexts. It was found that minimal social instructions could influence the shape of peripersonal space, with a complex modification of behaviors in collaborative tasks that outreaches the handedness effect. The third study is a methodological investigation attempting to go beyond the limitations of the behavioral methods measuring PPS, and proposing a new direction to assess how stimuli coming towards the body are integrated according to their distance and the multisensory context in which they are processed. Taken together, our work emphasizes the importance of investigating multisensory integration in 3D space around the body to fully capture PPS mechanisms, and the potential impacts of social factors on low-level multisensory processes. Moreover, this research provides evidence that neurocognitive social investigations, in particular on space perception, benefit from going beyond the traditional isolated individual protocols towards actual live social interactive paradigms.