Congratulations to our new FdV Doctor Alexandre GREMIAUX who graduated on November 30th 2011 at INRA.

Title : Sex-pheromone representation in the moth olfactory pathway : From data analysis to model.

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Abstract
La plupart des organismes vivant ont acquis la capacité de détecter et de reconnaitre des molécules essentielles à leur survie, avec différents niveaux de complexité. Avec l'odorat, les vertébrés et les
invertébrés ont développé des stratégies similaires pour intégrer les informations olfactives présentes dans l'air ; jusqu'alors cela se faisait par l'intermédiaire du milieu aqueux (comme le goût). Plusieurs
résultats expérimentaux suggèrent que la répartition statistique des stimuli dans l'environnement d'un animal est encodée de façon optimale dans un système sensoriel. Dans une première partie
bibliographique, nous décrivons les premières étapes de l'intégration d'une odeur et envisageons les possibles conséquences de l'hypothèse de codage optimal pour leur représentation dans le système olfactif. La représentation de la phéromone sexuelle chez le papillon de nuit fait l'objet d'une attention particulière.
Chez le papillon de nuit, les molécules odorantes sont détectées au niveau de l'antenne, où elles activent des récepteurs olfactif, ou RO, ce qui déclenche la variation du taux de décharge des neurones
récepteurs olfactif ou NRO. Les NRO exprimant un seul et même RO convergent généralement en une pelote sphéroïdale de neurones: les glomérules. Une centaine de glomérules (64 chez Agrotis ipsilon) forme la plus grande partie du lobe antennaire, ou LA. Les NRO forment à ce niveau des synapses avec des neurones de projection, ou NP, qui projettent l'information en aval dans le cerveau, mais aussi avec des neurones dit locaux, ou NL, car confinés à l'intérieur du LA. La phéromone sexuelle est généralement le mélange de plusieurs molécules, chacune étant détectée par une population de NRO très spécialisés. Les glomérules correspondant à ces population sont visibles seulement chez le male et sont plus gros que les glomérules généralistes (i.e. dédiés aux odeurs de nourriture), en conséquence le sous-ensemble de ces glomérules est appelé complexe macroglomérulaire.
Nous avons analysé parallèlement les réponses des NRO et des NP à différentes dose du composé majoritaire de la phéromone sexuelle chez la Noctuelle, Agrotis ipsilon. Pour cela, un algorithme de
détection des réponses a été développé et une fois la réponse détectée, elle est quantifiée par une grandeur relative au taux de décharge des neurones ainsi que par le temps écoulé entre le début du
stimulus et le premier potentiel d'action dans la réponse : la latence. En utilisant des fonctions théoriques pour décrire l'évolution de ces deux variables avec la dose, la réponse de chaque neurone a
été caractérisée par un jeu de 6 paramètres, dont nous avons étudié les distributions dans chacune des populations de neurones. Puis, la comparaison des distributions de paramètres des courbes doseréponse établies pour les NRO et les NP, a permis de quantifier la transformation du code représentant l'intensité du stimulus lors de son passage dans le glomérule, mettant en évidence le rôle important joué par la variabilité des réponses dans la population de NRO dans cette transformation. Cette hétérogénéité des réponses des NRO permet d'avoir un système plus sensible à faibles doses au détriment de la sensibilité à hautes doses et d'accélérer l'intégration du signal au détriment de la précision sur l'intensité. Ainsi, la sensibilité et la rapidité des NP sont expliqués par la convergence de
nombreux NRO sur un petit nombre de NP et peuvent être comprises dans le cadre du principe de codage optimal. Finalement, nous avons trouvé que le système pheromonal intègre les stimuli d'une
façon qualitativement proche du système généraliste.
Ce travail présente aussi une partie de modélisation informatique. Les résultats de cette analyse ont été la base du développement d'un modèle du signal délivré par une population de NRO chez le
papillon de nuit. La distribution des réponses est décrite par une distribution multinormale des six paramètres des courbes dose-réponse théoriques pour la latence et le taux de décharge des neurones,
en accord résultats expérimentaux. Nous avons pu faire un rapprochement avec un travail similaire sur le rat. Enfin, les résultats en amont et en aval d'un glomérule a permis de tester un modèle simpliste de macroglomérule, prenant en compte l'inhibition des NL et utilisant le précédant modèle en entrée.
Notre objectif est de comprendre le rôle de l'inhibition dans la transformation du signal lors de son passage dans le glomérule, ainsi que de vérifier le rôle de la variabilité de la connectivité entre NRO et
NP dans l'hétérogénéité des NP.

JURY
Pr Jean-Pierre ROSPARS INRA
Dr Dominique MARTINEZ INRIA INRA CNRS
Pr Martin NAWROT Freie Universität, Berlin
Pr Jean-Pierre NADAL CNRS, ENS, Paris VII, Paris VI
Pr Philippe FAURE Université Pierre et Marie Curie, CNRS
Pr Lyle J. GRAHAM Université Paris Descartes, CNRS