Behavioral and neurobiological studies of visual learning in honey bees (Apis mellifera) in virtual reality
Etudes comportementales et neurobiologiques de l'apprentissage visuel chez l'abeille (Apis mellifera) en réalité virtuelle
Résumé
Free flying bees are known for their impressive visual cognition abilities, but the neural bases underlying those are poorly studied because of the difficulty to explore the brain in a flying insect. Conversely, it is possible to have access to the brain with tethered bees but, until now, no studies explored visual learning. To bypass this limitation, our aim was to establish a virtual reality device to test visual learning in tethered bees. First, bees were tested for their abilities to learn to discriminate colors according to the reinforcement associated to each of them. These experiments allowed to highlight the role of the active vision in virtual reality and the importance of phototaxis in this kind of device. Driven by these good results, we explored the non- elementary visual learning in bees and, more specifically, the negative patterning. The results suggest that bees were able to resolve this task in virtual reality despite its complexity. Finally, using the protocol of color discrimination, the brain activation has been explored during a color memory recall thanks to a quantification of immediate early genes considered as neural markers. This thesis provides two solid virtual reality protocols to study elementary and non-elementary visual learning in honey bees. This constitutes a huge advance and will allow to go further towards the understanding of the neural bases of simple and complex visual learning.
Les abeilles en libre vol montrent des capacités cognitives visuelles remarquables mais les bases neurales sous-jacentes ne peuvent pas être étudiées chez des insectes en vol. À l'inverse, le cerveau des abeilles immobilisées est accessible mais ne permet pas d'explorer l'apprentissage visuel. Pour dépasser cette limite, notre objectif a été d'établir un dispositif de réalité virtuelle pour pouvoir tester l'apprentissage visuel sur des abeilles attachées. Dans un premier temps, les abeilles ont été testées sur leur capacité à discriminer des couleurs en s'appuyant sur les renforcements positifs ou négatifs qui leur étaient associés. Ces expériences ont permis de mettre en évidence le rôle de la vision active dans la réalité virtuelle et l'importance de la phototaxie dans ce type de système. Grâce à ce dispositif, un apprentissage non élémentaire en réalité virtuelle, le patterning négatif, a été mis en place. Ainsi il a été montré que les abeilles étaient capables de résoudre cette tache en réalité virtuelle malgré sa complexité. Enfin, en s'appuyant sur le protocole de discrimination de couleurs, l'activation du cerveau a été étudiée au cours d'un test de mémoire des couleurs en analysant l'expression de gènes considérés comme des marqueurs de l'activité neurale. Les résultats de cette thèse, fournissant deux protocoles de réalité virtuelle solides pour étudier les apprentissages visuels élémentaires et non élémentaires, constituent une avancée considérable vers la possibilité de comprendre les bases neurales sous-jacentes à ces apprentissages chez l'abeille qu'ils soient simples ou complexes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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