Perception et apprentissage olfactifs chez l’Abeille domestique (Apis mellifera) : imagerie calcique dans le lobe antennaire

Olfactory perception and learning in the honey bee : optical imaging in the antennal lobe

Centre de Recherches sur la Cognition Animale, Université Paul Sabatier, 118 Route de Narbonne, 1062 Toulouse cedex 4, France. Email: sandoz@cict.fr

Résumé

L’Abeille domestique est un modèle important ans l’étude de l’apprentissage et de la mémoire, car le montre des capacités d’apprentissage élevées, son cerveau est bien décrit et est accessible à un ensemble de méthodes d’enregistrements physiologiques. Nous utilisons la technique de l’imagerie calcique in vivo in d’étudier la perception olfactive dans le cerveau de l’abeille, et combinons cette méthode à un condi- tionnement olfactif appétitif, afin de mettre en évince les substrats neuronaux de l’apprentissage factif. Les odeurs sont détectées par les neurones sensoriels au niveau des antennes. Chaque neurone sensoriel se projette dans le lobe antennaire, au sein de l’une de ses 160 unités fonctionnelles, les glomé- des. Là il forme des synapses avec les neurones de projection relayant l’information vers les autres entres nerveux. En imagerie calcique, chaque odeur entraîne un motif particulier d’activité dans les glomérules selon un code conservé entre individus. Le lobe antennaire est aussi un des sites où la mémoire olfactive est formée. Jusqu’à présent, deux études utilisant l’imagerie calcique ont montré des modulations après apprentissage de la représentation des odeurs dans le lobe antennaire, mais avec des effets différents en fonction du type de conditionnement. Ainsi, un simple apprentissage différentiel (A+B–) entraînait une réponse calcique augmentée pour l'odeur renforcée, alors qu'un apprentissage latéralisé (A+B–/ B+A–) décorrélait les motifs d’activité glomérulaire entre hémisphères cérébraux. Une telle différence pourrait être due à la formation de traces mnésiques différentes, ce qui sera étudié dans de futurs travaux. Par des marquages spécifiques des différentes populations neuronales comprises dans le lobe antennaire, nous espérons parvenir à étudier la plasticité synap- tique chez l’Abeille.

Abstract

Honey bees are a key-model in the study of learning and memory, because they show considerable learning abilities, their brain is well described and is accessible to a wide range of physiological recordings and treatments. We use in vivo calcium imaging to study olfactory perception in the bee brain, and comne this method to appetitive olfactory conditioning unravel the neural substrates of olfactory learning, dours are detected by receptor neurons on the antennae. Each receptor neuron projects to the firstder neuropile of the olfactory pathway, the antenal lobe, connecting to projection neurons in one of its 60 functional units, the glomeruli. In calcium imaging experiments, each odour elicits a particular actity pattern of antennal lobe glomeruli, according to a code conserved between individuals. The antennal lobe is also a site where the olfactory memory is formed. Using optical imaging, two studies have shown modulations of odour representation in the antennal lobe after learning, with different effects depending on the type of conditioning used. While simple differential conditioning (A+B– training) showed an increased calcium response to the reinforced odour, side-specific conditioning (A+B–/B+A– training) decorrelated the calcium responses of odours between brain sides. This difference may owe to the formation of different memories, which will be addressed in future work. By specifically staining antennal lobe neuronal subpopulations, we hope to be able in the future to study synaptic plasticity in the honey bee.