Ecole doctorale « Cerveau‐Cognition-Comportement » (ED 158 3C)
Titre du projet : Codage efficace et contexte sensoriel dans le système olfactif de l’insecte
L’olfaction est essentielle dans le déterminisme des traits de vie des insectes (reproductio n, alimentation, défense). Elle leur permet de s’orienter vers des sources d’odeur avec une efficacité unique qui contribue à leur succès adaptatif. C’est tout particulièrement le cas chez les papillons de nuit chez lesquels les performances du système olfactif impliqué dans la perception de la phéromone sexuelle sont remarquables en termes de sélectivité, sensibilité et rapidité. Les papillons de nuit mâles démontrent des capacités exceptionnelles de localisation de la source (femelles émettrice de phéromone) à grande distance (centaines de mètres), dépassant de très loin les capacités des meilleures technologies actuellement disponibles. La localisation d’une source d’odeur est pourtant une tâche extrêmement difficile car, en conditions naturelles, il n’existe pas de gradient de concentration qui puisse être utilisé et la détection des molécules odorantes est intermittente. En effet, le panache d’odeur est profondément modifié par les turbulences atmosphériques, il est constitué de filaments d’odeur de durée, intensité et espacement très variables et dont la statistique change avec la distance à la source [1]. Ainsi, la dynamique des détections d’odeur est la seule information sur la position de sa source. De plus, les signaux spécifiques que sont les phéromones sont perçus au sein d’un paysage odorant complexe, bruité et changeant, qui peut significativement affecter le comportement de l’insecte. Des composés volatils émis par les plantes (CVP) interfèrent avec la perception de la phéromone [2].
Malgré les progrès notables réalisés dans la description quantitative des fonctions du système olfactif de l’insecte [3], nous ne comprenons toujours pas comment l’efficacité du traitement des informations sensorielles peut se maintenir en dépit de la variabilité considérable des environnements
odorants naturels. Pour aborder cette question, ce projet de thèse vise à :
- Recréer au laboratoire des scènes olfactives réalistes sur les plans qualitatif (nature des composés, en particulier les CVP représentatifs d’un écosystème donné), quantitatif (concentration des constituants du panache) et dynamique (structure temporelle des puffs d’odeur).
- Enregistrer par des techniques d’électrophysiologie bien maîtrisées au laboratoire les réponses à différentes scènes olfactives de neurones des deux premières couches du système olfactif de l’insecte : i) neurones récepteurs olfactifs responsables de la transduction olfactive et ii) neurones du lobe antennaire, le centre primaire de l’intégration olfactive.
- Analyser comment le codage olfactif dépend du bruit de fond odorant. En collaboration avec L. Kostal (Dept de Neuroscience computationnelle, Institut de Physiology, Prague), une axe d’analysedes données électrophysiologiques sera basé sur l’hypothèse du codage efficace, un modèle théorique du codage sensoriel [4] (la représentation neuronale de stimuli sous forme d’émission de potentiels d’action). Selon cette hypothèse, les réponses nerveuses sont adaptées via des processus évolutifs pour encoder de façon optimale les stimuli de l’environnement naturel d’un organisme. Il s’agit d’une méthode générale pour aborder la question du codage nerveux.
Les objectifs de ce projet sont :
- L’analyse des performances de codage phéromonal (codage intensitif et temporel) à partir des réponses des neurones olfactifs périphériques et centraux.
- L’étude de l’ajustement de la précision de codage à la statistique de scènes olfactives réalistes.
- La mesure des effets d’environnement naturels de CVP sur le codage phéromonal.
La compréhension des capacités de codage du système olfactif des insectes représente un préalable indispensable à l’élucidation de leur(s) stratégie(s) d’orientation. Les enjeux socio-économiques de ce
projet concernent la lutte contre les insectes ravageurs et l’olfaction artificielle avec les robots traqueurs d’odeur.
Références
[1] Celani et al. (2014) Odor landscapes in turbulent environments. Phys. Rev. X 4, 041015.
[2] Dupuy et al. (2017) A background of a volatile plant compound alters neural and behavioral responses to the sex pheromone blend in a moth. Front Physiol 8:79.
[3] Jacob et al. (2017) Olfactory coding in the turbulent realm. PLoS Comput Biol 13(12):e1005870.
[4] Barlow (1961) Possible principles underlying the transformations of sensory messages, in Sensory
Communication, W.A. Rosenblith, Editor. Cambridge, MA: MIT Press. p. 217-234.
Direction de thèse - contact
Philippe LUCAS
Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement https://ieesparis.ufr918.upmc.fr/
Département d’Ecologie Sensorielle https://ieesparis.ufr918.upmc.fr/spip.php?article134
Equipe de Neuroéthologie de l’Olfaction https://ieesparis.ufr918.upmc.fr/spip.php?article136
INRA, route de St Cyr, 78026 Versailles Cedex
philippe.lucas@inra.fr - 01 30 83 37 37
Modalités de candidature et calendrier
Une seule candidature sur ce projet de thèse doit être validée par notre laboratoire avant le 4 juin 2018 pour être déposée sur le site de l’Ecole Doctorale. Les candidats sont donc invités à prendrecontact le plus rapidement possible avec le laboratoire. Les auditions des candidats sélectionnés auront lieu du 4 au 6 juillet 2018 (http://ed3c.upmc.fr/index.php/contrats-doctoraux-fr)
Titre du projet : Codage efficace et contexte sensoriel dans le système olfactif de l’insecte
L’olfaction est essentielle dans le déterminisme des traits de vie des insectes (reproductio n, alimentation, défense). Elle leur permet de s’orienter vers des sources d’odeur avec une efficacité unique qui contribue à leur succès adaptatif. C’est tout particulièrement le cas chez les papillons de nuit chez lesquels les performances du système olfactif impliqué dans la perception de la phéromone sexuelle sont remarquables en termes de sélectivité, sensibilité et rapidité. Les papillons de nuit mâles démontrent des capacités exceptionnelles de localisation de la source (femelles émettrice de phéromone) à grande distance (centaines de mètres), dépassant de très loin les capacités des meilleures technologies actuellement disponibles. La localisation d’une source d’odeur est pourtant une tâche extrêmement difficile car, en conditions naturelles, il n’existe pas de gradient de concentration qui puisse être utilisé et la détection des molécules odorantes est intermittente. En effet, le panache d’odeur est profondément modifié par les turbulences atmosphériques, il est constitué de filaments d’odeur de durée, intensité et espacement très variables et dont la statistique change avec la distance à la source [1]. Ainsi, la dynamique des détections d’odeur est la seule information sur la position de sa source. De plus, les signaux spécifiques que sont les phéromones sont perçus au sein d’un paysage odorant complexe, bruité et changeant, qui peut significativement affecter le comportement de l’insecte. Des composés volatils émis par les plantes (CVP) interfèrent avec la perception de la phéromone [2].
Malgré les progrès notables réalisés dans la description quantitative des fonctions du système olfactif de l’insecte [3], nous ne comprenons toujours pas comment l’efficacité du traitement des informations sensorielles peut se maintenir en dépit de la variabilité considérable des environnements
odorants naturels. Pour aborder cette question, ce projet de thèse vise à :
- Recréer au laboratoire des scènes olfactives réalistes sur les plans qualitatif (nature des composés, en particulier les CVP représentatifs d’un écosystème donné), quantitatif (concentration des constituants du panache) et dynamique (structure temporelle des puffs d’odeur).
- Enregistrer par des techniques d’électrophysiologie bien maîtrisées au laboratoire les réponses à différentes scènes olfactives de neurones des deux premières couches du système olfactif de l’insecte : i) neurones récepteurs olfactifs responsables de la transduction olfactive et ii) neurones du lobe antennaire, le centre primaire de l’intégration olfactive.
- Analyser comment le codage olfactif dépend du bruit de fond odorant. En collaboration avec L. Kostal (Dept de Neuroscience computationnelle, Institut de Physiology, Prague), une axe d’analysedes données électrophysiologiques sera basé sur l’hypothèse du codage efficace, un modèle théorique du codage sensoriel [4] (la représentation neuronale de stimuli sous forme d’émission de potentiels d’action). Selon cette hypothèse, les réponses nerveuses sont adaptées via des processus évolutifs pour encoder de façon optimale les stimuli de l’environnement naturel d’un organisme. Il s’agit d’une méthode générale pour aborder la question du codage nerveux.
Les objectifs de ce projet sont :
- L’analyse des performances de codage phéromonal (codage intensitif et temporel) à partir des réponses des neurones olfactifs périphériques et centraux.
- L’étude de l’ajustement de la précision de codage à la statistique de scènes olfactives réalistes.
- La mesure des effets d’environnement naturels de CVP sur le codage phéromonal.
La compréhension des capacités de codage du système olfactif des insectes représente un préalable indispensable à l’élucidation de leur(s) stratégie(s) d’orientation. Les enjeux socio-économiques de ce
projet concernent la lutte contre les insectes ravageurs et l’olfaction artificielle avec les robots traqueurs d’odeur.
Références
[1] Celani et al. (2014) Odor landscapes in turbulent environments. Phys. Rev. X 4, 041015.
[2] Dupuy et al. (2017) A background of a volatile plant compound alters neural and behavioral responses to the sex pheromone blend in a moth. Front Physiol 8:79.
[3] Jacob et al. (2017) Olfactory coding in the turbulent realm. PLoS Comput Biol 13(12):e1005870.
[4] Barlow (1961) Possible principles underlying the transformations of sensory messages, in Sensory
Communication, W.A. Rosenblith, Editor. Cambridge, MA: MIT Press. p. 217-234.
Direction de thèse - contact
Philippe LUCAS
Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement https://ieesparis.ufr918.upmc.fr/
Département d’Ecologie Sensorielle https://ieesparis.ufr918.upmc.fr/spip.php?article134
Equipe de Neuroéthologie de l’Olfaction https://ieesparis.ufr918.upmc.fr/spip.php?article136
INRA, route de St Cyr, 78026 Versailles Cedex
philippe.lucas@inra.fr - 01 30 83 37 37
Modalités de candidature et calendrier
Une seule candidature sur ce projet de thèse doit être validée par notre laboratoire avant le 4 juin 2018 pour être déposée sur le site de l’Ecole Doctorale. Les candidats sont donc invités à prendrecontact le plus rapidement possible avec le laboratoire. Les auditions des candidats sélectionnés auront lieu du 4 au 6 juillet 2018 (http://ed3c.upmc.fr/index.php/contrats-doctoraux-fr)