Note publique d'information : Les systèmes sensoriels utilisent des voies parallèles pour détecter et traiter les
différentes caractéristiques des stimuli environnementaux. Le traitement parallèle
a été étudié dans les systèmes auditif, visuel et somatosensoriel, mais les recherches
sur la modalité olfactive ont montré peu de progrès. Un modèle invertébré comme l'abeille
est très utilisé pour ce type d'étude, car son cerveau est relativement simple et
adapté à la réalisation d'enregistrements fonctionnels, et des protocoles comportementaux
robustes ont été développés chez cet animal. Chez les abeilles, les odeurs sont détectées
au niveau des antennes par des neurones récepteurs olfactifs, qui se projettent vers
un premier centre de traitement, le lobe antennaire. Ensuite, l'information est acheminée
par des neurones de projection jusqu'aux centres supérieurs, les corps pédonculés
et la corne latérale. L'existence de voies parallèles de traitement de l'information
olfactive chez l'abeille a été suggérée par la présence de deux tractus de neurones
de projection (tractus antenno-protocérébraux médian et latéral, TAPm et TAPl), avec
une nette dichotomie sous-tendue par ces tractus, depuis la périphérie jusqu'aux centres
supérieurs. La fonction de ce système olfactif double est cependant encore inconnue.
Nous avons réalisé une étude fonctionnelle détaillée du codage olfactif au sein de
ces deux sous-systèmes, en utilisant l'imagerie calcique in vivo pour enregistrer
l'activité neuronale en réponse à des odeurs. Les réponses olfactives dans un des
sous-systèmes (TAPm) n'ayant jamais été enregistrées, nous avons développé une nouvelle
préparation d'imagerie. Un panel d'odeurs aliphatiques à différentes concentrations
a été utilisé pour définir si des caractéristiques telles que la qualité de l'odeur
ou sa quantité étaient traitées séparément dans ces deux voies parallèles. Les enregistrements
à l'entrée du lobe antennaire ont montré une sensibilité similaire des récepteurs
olfactifs appartenant aux deux sous-systèmes, mais ont également mis en évidence des
spécificités pour détecter le groupe fonctionnel et la longueur de chaîne carbonée
de l'odeur. Les enregistrements des neurones de projection du TAPm et du TAPl à la
sortie du lobe antennaire ont montré une nette dichotomie de ces deux voies parallèles
: le TAPm procure aux centres supérieurs l'information du groupe fonctionnel de l'odeur
alors que le TAPl indique plutôt la longueur de chaîne carbonée de l'odeur. D'autres
enregistrements de ces deux types de neurones ont également permis de montrer un traitement
séparé des phéromones émises par la reine et par le couvain et un traitement parallèle
(redondant) des phéromones émises par les ouvrières. Cependant, tous les types de
phéromones testés sont traités de manière combinatoire, chacun étant représenté par
une combinaison différente de glomérules du lobe antennaire. Enfin, des enregistrements
des terminaisons des neurones du TAPl dans la corne latérale ont mis en évidence un
codage olfactif dans cette structure et une conservation des intensités de réponse
et des relations de similarité entre odeurs entre le lobe antennaire et la corne latérale.
Aucune région spécifique de la corne latérale ne semble impliquée dans le traitement
des phéromones. Cependant, les cartes spatiales d'activité de la corne latérale, comme
celles du lobe antennaire, permettent de séparer les différents types phéromonaux.
Cet ensemble de données démontre l'existence d'un traitement partiellement parallèle
et partiellement séparé de l'information olfactive dans le cerveau de l'abeille.
Note publique d'information : Sensory systems use parallel processing to extract and process different features
of environmental stimuli. Parallel processing has been studied in the auditory, visual
and somatosensory systems, but research in the olfactory modality has shown little
progress. An invertebrate model like the honeybee is well-suited for such research,
as it provides relative neuronal simplicity with good experimental access to the brain
and robust behavioral paradigms. In honey bees, odors are detected by olfactory receptor
neurons on the antennae, which project to a primary processing centre, the antennal
lobe. Then information is conveyed by projection neurons to higher brain centers,
the mushroom bodies and the lateral horn. Strikingly, the honey bee brain contains
a dual olfactory system, with a clear dichotomy from the periphery up to higher-order
centers, subtended by two main tracts of projection neurons (median and lateral Antenno-Protocerebral
Tract, m and l-APT). The function of this dual system is still unknown. We have thus
performed a detailed functional study of olfactory coding in both subsystems, using
in vivo calcium imaging to reveal neuronal activity. As one of the subsystems (m-APT)
has never been imaged before, a novel imaging preparation was developed. Responses
to a panel of aliphatic odorants at different concentrations were compared in both
subsystems, to investigate whether attributes like odor quality and odor quantity
may be separately encoded in these subsystems. Recordings at the input of the antennal
lobe revealed a redundant olfactory sensitivity of the olfactory receptors belonging
to the two subsystems, but unraveled some specificities of each receptor type for
encoding the chemical group and carbon chain length of odor molecules. Specific recordings
of m-APT and l-APT projection neurons at the output of the antennal lobe showed a
striking dichotomy of these two pathways: m-APT neurons mostly provide higher-order
brain centers with information about odorant's functional group, whereas l-APT neurons
bring more information about odorant's chain length. Recordings from these two neuron
types further, demonstrate segregated processing of the queen-emitted and brood-emitted
pheromones, but parallel (redundant) processing of worker-emitted pheromones. However,
all types of pheromones are processed using an across-fiber pattern in the worker
antennal lobe, each inducing activity in a different combination of glomeruli. Finally,
recordings of l-APT terminals in the lateral horn showed the existence of an olfactory
code in this structure, and conservation of response intensities and of similarity
relationships among odors between the antennal lobe and the lateral horn. We did not
find any specific area involved in pheromone processing in the lateral horn of the
honey bee. However, spatial activity patterns in the lateral horn, like in the antennal
lobe, allow segregating the bees' different pheromone types. This ensemble of new
data provides evidence for partly parallel and partly segregated processing of odor
information in the bees' dual olfactory pathway.
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