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Durrieu, Matthias. Bases comportementales, moléculaires et cellulaires gouvernant l'apprentissage ambigu et la mémoire chez la drosophile

Durrieu, Matthias (2021). Bases comportementales, moléculaires et cellulaires gouvernant l'apprentissage ambigu et la mémoire chez la drosophile.

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Résumé en francais

Extraire les liens prédictifs au sein d'un environnement permet d'appréhender la structure logique du monde. Ceci constitue la base des phénomènes d'apprentissage qui permettent d'établir des liens associatifs entre des évènements de notre entourage. Tout environnement naturel englobe une grande diversité de stimuli composés (i.e. intégrant plusieurs éléments). La façon dont ces stimuli composés sont appréhendés et associés à un renforcement éventuel (i.e. évènement plaisant ou aversif) est un thème fondamental de l'apprentissage associatif. Théoriquement, un stimulus composé AB peut être appris comme la somme de ses composants (A+B), un traitement dit élémentaire, comme un stimulus à part entière (traitement configural, AB=X) ou encore comme une entité comportant à la fois certaines caractéristiques de ses composants ainsi que des propriétés uniques (ou Indice Unique, AB = A+B+u). Ces deux dernières théories permettent notamment d'expliquer la résolution de problèmes ambigus tels que le Negative Patterning (NP) au cours duquel les composants du stimulus AB sont renforcés lorsque présentés seuls mais pas lorsqu'ils sont présentés en tant que composé. Bien que les réseaux neuronaux impliqués dans l'apprentissage associatif élémentaire soient bien connus, les mécanismes permettant la résolution d'apprentissages non élémentaires sont encore peu compris. Dans cette étude, nous démontrons pour la première fois que la Drosophile est capable d'apprentissage non-élémentaire de type NP. L'étude comportementale de la résolution du NP par les mouches montre qu'il passe par la répétition de cycles de conditionnement conduisant à un changement de représentation du mélange AB, s'éloignant peu à peu de la représentation de ses composants A et B. Nous développons ensuite un modèle computationnel à partir de données in vivo sur l'architecture et le fonctionnement des réseaux neuronaux de l'apprentissage olfactif chez la Drosophile, ce qui nous permet de proposer un mécanisme théorique permettant d'expliquer l'apprentissage du NP et dont la validité peut être testée grâce à des outils neurogénétiques. Lors d'un apprentissage de NP, les mouches acquièrent tout d'abord un premier lien associatif entre les composants A et B associés au renforcement, créant par la même occasion une ambiguïté avec leur mélange AB, présenté sans renforcement. Au cours des cycles de conditionnement, les représentations de A et B vis-à-vis de AB sont modulées de façon différentielle, inhibant progressivement la réponse neuronale au stimulus non renforcé tout en renforçant la réponse aux stimuli renforcés. Cette modulation augmente le contraste entre A, B et AB et permet aux drosophiles de résoudre la tâche de NP. Nous identifions les neurones APL (Anterior Paired Lateral) comme implémentation plausible de ce mécanisme, car l'engagement de leur activité inhibitrice spécifiquement durant la présentation de AB est nécessaire pour acquérir le NP sans altérer leurs capacités d'apprentissage dans des tâches non-ambiguës. Nous explorons ensuite l'implication des neurones APL dans un contexte plus général de résolution d'apprentissages ambigus. Pour conclure, notre travail établit la Drosophile comme modèle d'étude d'apprentissage non élémentaire, en proposant une première exploration des réseaux neuronaux sous-jacents à l'aide d'outils uniques à ce modèle. Il ouvre la voie à de nombreux projets dédiés à la compréhension des mécanismes neuronaux permettant aux animaux d'extraire des liens associatifs robustes dans un environnement complexe.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Isabel, Guillaume
Wystrach, Antoine
Ecole doctorale:Biologie, santé, biotechnologies (BSB)
laboratoire/Unité de recherche :Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA), UMR 5169
Mots-clés libres :Drosophile - Comportement - Apprentissage - Neurogénétique - Modélisation - Réseaux
Sujets :Sciences du vivant
Déposé le :06 Apr 2022 10:12