Stabilisation visuo-inertielle chez la mouche : à la recherche de l'accéléromètre

Visuo-inertial stabilization in flies : looking for an accelerometer

• Auteur / Autrice : Roman Goulard
• Direction : Stéphane Viollet, Jean-Louis Vercher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain
• Date : Soutenance le 23/11/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences du Mouvement Etienne Jules Marey (ISM)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Beslon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jerôme Casas, Audrey Dussutour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Fourcassié

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diptères

Processus perceptivomoteurs

Vision

Mots clés libres

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Résumé

Malgré des ressources neuronales et un système visuel à faible résolution spatiale, les insectes présentent des capacités de vol extraordinaires. En particulier chez les mouches c’est la vitesse d’exécution des processus sensorimoteurs de contrôle du vol qui a attiré l’attention des scientifiques. De nombreux travaux ont mis en évidence la capacité des diptères à percevoir les mouvements, par l’intermédiaire de la vision ou des balanciers (organe agissant tel un gyromètre dans les 3 dimensions de l’espace), pour compenser nombre de perturbations qui pourraient altérer la stabilité de leur vol. Cependant, ces mécanismes de compensation peuvent être sujet à une accumulation d’erreurs au cours du temps. Au cours de cette thèse nous avons donc posé la question suivante : Existe-t-il chez les diptères une référence verticale qui leur permet de connaître leur orientation absolue dans l’espace et qui participe au contrôle du vol ?
 Tout d’abord, à l’instar de ce qui existe chez les vertébrés, nous avons tenté d’explorer l’hypothèse d’un système inertiel analogue à l’oreille interne chez les insectes volants. De manière à tester la possible perception de l’orientation de la gravité nous avons mis au point un dispositif de chute libre pour les insectes. 
Nous avons ensuite étudié en détail les mécanismes visuels qui participent à cette stabilisation, tout d’abord en évaluant une stratégie basée uniquement sur la perception du mouvement visuel : le flux optique, très étudié chez les insectes. Nous avons cherché l’existence de repères statiques liés à la verticale dans l’environnement visuel, aux rangs desquels l’horizon fait figure de candidat.

Despite low neuronal resources and a low spatial resolution vision, flying insects exhibit a large repertoire of complex behaviours. Particularly, some species are able to hover for long period of time in front of flowers or congeners. The ratio between their low resources and their complex behaviours made insects perfect models to understand the sensorimotor transformation in neuronal systems. In flies, the extraordinary pace of these processes has interrogated scientists. Thus, numbers of papers shed in light the incredible dipteran’s capacities to detect movement, thanks to vision or halteres (organs acting as a 3-D gyrometer). But the compensating mechanisms associated with those perceptions are exposed to errors accumulation and could led to crash. Thus, we asked the following question: Do dipteran could be able to achieve such complex task to hover without any estimation of their absolute orientation within gravity? First, we developed a free fall setup adapted to small insects to evaluate their ability to detect inertially the free fall state, which is possible with an accelerometer or an inner ear. Then, we developed a model based on their aptitude to control their cruising flight thanks to optic flow perception. We demonstrated that the well-known mechanism of optic flow regulation already described in bees tends to counteract free fall. Finally, we investigated the role of visual static cues linked to the horizon to show the importance of light distribution in the environment in hoverfly to ensure flight stability.