CE37 - Neurosciences intégratives et cognitives

Etude intégrative des aptitudes cognitives sur les interactions sociales chez la drosophile – INSIghTS

Etude intégrative des aptitudes cognitives sur les interactions sociales chez la drosophile

L'objectif du projet intégratif et à plusieurs niveaux, INSIghTS, est d'étudier les mécanismes qui sous-tendent les effets gagnant/perdant, en identifiant les mécanismes moléculaires et leurs circuits sous-jacents, tout en explorant, en parallèle les impacts sur les futures interactions sociales chez Drosophila melanogaster.

Identifier les mécanismes régulant l'agressivité et la formation des mémoires «winner et loser«

Le projet INSIghTS vise à obtenir une compréhension à plusieurs niveaux des mécanismes fondamentaux qui sous-tendent les comportements sociaux, les effets winner et loser et la perception chimio-sensorielle, avec trois objectifs : OBJ1. Caractériser les circuits neuronaux du cerveau nécessaires à la formation, au maintien et au rappel des effets winner et loser. Nous demanderons si des populations neuronales spécialisées dans le cerveau contrôlent l'expression de comportementaux spécifiques et la formation des effets winner et loser. OBJ2. Examiner si les animaux communiquent leur statut de dominance. Nous nous demanderons si les expériences de combat induisent des changements physiologiques, et nous étudierons comment cela permet de communiquer le statut de dominance aux congénères et ainsi influencer les interactions sociales futures. OBJ3. Étudier comment les signaux sensoriels du statut de dominance sont encodés dans le cerveau. Nous nous demanderons comment les signaux chimio-sensoriels sont intégrés dans le cerveau et comment l'état interne des animaux influence l'intégration des signaux.

Pour aborder nos questions, nous utilisons plusieurs méthodologies et approches. Les principales sont les essais comportementaux, dans lesquels des paires de mâles socialement naïfs sont en compétition pour la nourriture. Cela crée une compétition pour une ressource précieuse et conduit les animaux à développer des comportements agressifs, et finalement à établir une dominance entre individus. Dans les expériences de parade nuptiale, un mâle et une femelle sont appariés pour induire un comportement reproducteur. Nous utilisons des outils génétiques pour manipuler le niveau d'expression des gènes et pour interférer avec l'activité neuronale d'un ensemble neuronal spécifique. Nous utilisons également l'imagerie calcique in vivo pour enregistrer l'activité neuronale en réponse à des signaux chimio-sensoriels. Enfin, nous utilisons également des techniques de spectrométrie pour mesurer la quantité d'hydrocarbures cuticulaires.

Nos résultats ont mis en évidence certaines conséquences aux interactions agressives. Les comportements et les performances des animaux dépendent fortement de leurs capacités cognitives et de la communication chimique pour adapter et améliorer les stratégies de combat. Lors d'un second combat, les dominants et les subordonnés se souviennent de la finalité de leur dernier combat, et développent des effets winner et loser à court terme à partir de ces informations, qui peuvent persister de quelques minutes à quelques heures. Cependant, seuls les subordonnés développent un effet loser de longue durée suite à cinq combats répétés, dépendant de la synthèse protéique de novo, pendant au moins une journée. Nous avons également montré qu'avoir remporté un combat pouvait avoir un impact sur le succès reproductif des animaux. Nous étudions actuellement comment une expérience de combat peut impacter la condition physique des animaux et leur succès reproducteur. Nous avons également démontré que les drosophiles qui ont été élevé dans deux conditions alimentaires différentes (avec et sans sucre) ont adapté leurs comportement agressifs et ont développé des stratégies de combat distinctes : l'une favorisant les attaques physiques, tandis que l'autre privilégie les menaces visuelles. Ceci montre le rôle crucial du régime alimentaire sur l'expression des comportements agressifs. En parallèle, nous avons identifié des circuits neuronaux impliqués dans l'agression et nous étudions actuellement les mécanismes moléculaires utilisés par ces neurones.

L'agressivité est un comportement social inné, complexe et omniprésent, observé dans tout le règne animal. En tant que comportement inné, les mécanismes principaux de régulation sont génétiques. Cependant, les signaux sensoriels externes, les expériences passées et l'état interne de l'animal influencent fortement l'agressivité, démontrant ainsi les caractéristiques adaptatives de ce comportement complexe. Par conséquent, l'agressivité représente un modèle idéal pour étudier la plasticité neuronale et les mécanismes génétiques associés à la prise de décision comportementale, tout en obtenant des informations sur les processus évolutifs potentiels.
D'une part, grâce à ce projet, nous avons pu démontrer comment les conditions alimentaires affectent l'expression des comportements agressifs et la stratégie employée par les animaux pour atteindre la dominance. Lorsqu'ils ont un accès libre au sucre pendant leur développement, les animaux favorisent l'utilisation d'attaques physiques, alors que lorsqu'ils sont privés de sucre, les animaux préfèrent utiliser des menaces visuelles. Cependant, les deux stratégies de combat permettent aux animaux d'établir une dominance contre les congénères.
D'autre part, nous avons montré qu'une expérience de combat affecte la condition physique des animaux. Les recherches actuelles visent à comprendre comment cette expérience régule la condition physique des animaux.
Les tâches futures du projet seront consacrées à l'identification des substrats neuronaux qui modulent le niveau d'agressivité des animaux, et à localiser ceux qui sont impliqués dans les mémoires à court et à long terme ; à étudier le rôle des mécanismes de communication chimique sur les interactions sociales ; et à comprendre comment et où les signaux chimio-sensoriels sont intégrés dans le cerveau et comment l'état interne de l'animal influence l'intégration des signaux.

Legros J, Tang G, Gautrais J, Fernandez MP, Trannoy S. Long-Term Dietary Restriction Leads to Development of Alternative Fighting Strategies. Front Behav Neurosci. 2021 Jan 14;14:599676. doi: 10.3389/fnbeh.2020.599676. PMID: 33519392; PMCID: PMC7840567.

L'un des objectifs ultimes en neurosciences est de comprendre comment le cerveau intègre la multitude de signaux sensoriels provenant d'un environnement en constante évolution afin de générer des réponses comportementales appropriées et, à terme, de former de la mémoire. Pour leur survie et reproduction, les animaux doivent adapter leurs réponses comportementales, apprendre de nouvelles stratégies qui leur permettent d’obtenir les ressources souhaitées et stocker ces éléments sous forme de mémoire pour guider de futures prises de décision comportementale. Dans ces situations, l'agressivité est couramment utilisée pour accéder à la nourriture, à des partenaires et défendre un territoire. Ce type de comportement social complexe implique à la fois des composants innés et appris, et ses traits ont été façonnés par l'évolution, à l'instar de tout autre phénotype comportemental. Le succès de ces interactions agressives repose sur l’utilisation de la meilleure stratégie de combat basée sur ses propres expériences et sur la collecte d’informations sur la force de ses adversaires. Des phénomènes appelés « effets de gagnant et de perdant » - les individus ayant déjà remporté des combats ont plus de chances de gagner à nouveau, alors qu’une défaite réduit les chances de futures victoires - ont été reportés chez un grand nombre d’espèces animales, y compris les humains. Ils participent à la stabilisation des hiérarchies sociales entre congénères et sont supposés influer l'aptitude à la reproduction des mâles en modifiant leur physiologie et/ou la réceptivité des femelles. Cependant, les études explorant en parallèle les causes proximales et ultimes de ces « effets gagnant et perdant » sont très limitées en raison de l’absence d’un système modèle puissant et malléable doté de capacités cognitives robustes.
INSIghTS est un projet intégratif et à plusieurs niveaux qui vise à étudier les mécanismes sous-jacents des « effets gagnant et perdant », en identifiant les mécanismes moléculaires et les circuits neuronaux, tout en explorant en parallèle les impacts sur les futures interactions sociales chez Drosophila melanogaster.

Coordination du projet

Severine Trannoy (CENTRE DE RECHERCHES SUR LA COGNITION ANIMALE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CRCA CENTRE DE RECHERCHES SUR LA COGNITION ANIMALE

Aide de l'ANR 303 279 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2020 - 48 Mois

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