Le rôle des invariants optiques dans le contrôle d'altitude chez l'abeille

The role of optical invariants in bee altitude control

• Auteur / Autrice : Aimie Berger Dauxere
• Direction : Gilles Montagne, Julien Serres
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain
• Date : Soutenance le 14/11/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences du mouvement humain (Marseille ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences du Mouvement Etienne Jules Marey (ISM)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Bardy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Montagne, Julien Serres, Aurore Avarguès-Weber, Claudio Lazzari, Mathieu Lihoreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurore Avarguès-Weber, Claudio Lazzari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Insectes -- Vol

Abeille domestique

Perception visuelle du mouvement

Mots clés libres

Flux optique

Invariants optiques

Approche écologique

Contrôle d'altitude

Invariants multiples

Vision du mouvement

Optic flow

Optical invariants

Ecological approach

Altitude control

Multiple invariants

Motion vision

Résumé

Le déplacement d'un agent dans un environnement génère un patron de flux optique, spécifique au déplacement produit. Chez l'abeille domestique Apis mellifera, la capacité à naviguer dans des tunnels de vol au moyen de la vitesse optique contenue dans le flux optique a été largement étudiée. Mais n'existe-t-il pas d'autres propriétés du flux optique qui pourraient être utilisées par les abeilles dans la régulation de leur altitude ? L'utilisation du cadre écologique proposé par J.J Gibson au siècle dernier nous donne des éléments de réponse : les invariants du flux optique donnent accès de manière non-ambigüe à l'état du système agent-environnement, ce qui en fait de bons candidats dans le cadre de la mise en œuvre de stratégies perceptivo-motrices robustes. Pourtant, leur utilisation reste méconnue chez l'insecte, limitée à la seule prise en compte du gradient de vitesse optique concomitant au déplacement de l'agent. Lors d'une tâche de suivi de sol, deux invariants optiques pourraient être pertinents : le taux de changement de la vitesse de défilement optique, dont l'utilisation a déjà été démontrée, et le taux de variation de l'angle d'évasement, dont l'utilisation n'a jamais été démontrée chez l'insecte. Nous avons construit un nouveau dispositif dans lequel ces deux invariants optiques peuvent être biaisés ou supprimés individuellement. Un motif rayé au sol donne un accès facile à la vitesse de défilement optique ventrale, tandis qu'un motif blanc rend cet accès difficile. L'angle d'évasement est matérialisé par deux tiges de carbone motorisées. Cet angle peut être modifié lors du déplacement d'une abeille le long du tunnel. Les tiges peuvent converger ou diverger, donnant aux abeilles en vol l'illusion qu'elles descendent ou montent. En faisant converger les tiges pendant que les abeilles traversaient le tunnel, nous avons observé pour la première fois qu'elles utilisaient le taux de changement de l'angle d'évasement dans une tâche de suivi de sol. Nous avons également mis en évidence que lorsque les deux invariants étaient disponibles, les abeilles se fiaient au taux de changement de la vitesse optique plutôt qu'au taux de changement de l'angle d'évasement pour réaliser une tâche de suivi de sol. Cependant, lorsque le taux de changement de la vitesse optique est difficilement accessible, elles utilisaient le taux de changement de l'angle d'évasement pour réaliser un suivi de sol. Ces résultats permettent de préciser les principes perceptivo-moteurs qui sous-tendent le contrôle d'altitude, et plus largement le contrôle du mouvement chez l'abeille. Ces mécanismes incitent à s'inspirer des études réalisées chez l'humain pour en transposer les questions chez l'insecte et vice versa.

The displacement of an agent in an environment generates an optical flow pattern, which is specific to the displacement generated. In the honey bee Apis mellifera, the ability to navigate through flight tunnels solely by means of the optical speed contained in the optic flow has been extensively studied. But aren't there other properties of optic flow that could be used by bees to regulate their altitude? The use of the ecological framework proposed by J.J. Gibson last century gives us elements of an answer: optic flow invariants provide an unambiguous access (Gibson talks about specification) to the state of the agent-environment system, which makes them good candidates as part of the implementation of robust perceptual-motor strategies. Yet, their use remains poorly understood in insects, often reduced to the use of the optical velocity gradient concomitant with the agent's movement. In a ground tracking task, two specific optical invariants could be relevant: the optical speed rate of change, whose use has already been demonstrated and the splay angle rate of change (SARC), whose use in insects has never been proven. The SARC is generated by an imaginary line parallel to the direction of movement, and the direct line of movement joining at the horizon. We constructed a new device in which these two optical invariants can be individually suppressed or biased. A striped floor pattern makes the optical speed available to the insect in flight, while a uniform white pattern makes this access difficult. The splay angle is materialized by two motorised carbon rods. This angle can be changed as a bee moves along the tunnel. The rods can converge or diverge, giving the bees in flight the illusion that they are descending or ascending. By converging the rods as the bees flew through the tunnel, we observed for the first time that they used SARC in a ground-following task. We also showed that when both invariants were available, bees relied on OSRC rather than SARC to perform a soil tracking task. However, when OSRC was difficult to access, they used SARC to perform a ground following task. These results make it possible to clarify the perceptual-motor principles underlying altitude control, and more generally the control of movement in bees. These mechanisms encourage us to draw on studies carried out in humans to transpose questions to insects, and vice versa.