Dissertationen zum Thema „Olfactions“

Les techniques modernes d'imagerie fonctionnelle du cerveau utilisent le métabolisme cérébral comme marqueur d'activité neuronale. En effet le cerveau dépend intimement des apports sanguins en métabolites pour son fonctionnement. Cependant les mécanismes de régulation du métabolisme sont encore mal connus. Dans cette étude nous avons utilisé le modèle du bulbe olfactif chez le rat anesthésié pour caractériser la consommation d'oxygène en réponse à une stimulation physiologique. La quantification précise de la vascularisation du bulbe olfactif a pu mettre en évidence que la couche glomérulaire, très dense en synapses, est l'une des zones les plus vascularisées du cerveau. Cette couche est aussi le lieu d'une intense consommation d'oxygène lors du traitement de l'information olfactive. Par contraste, la couche du nerf, complètement dénuée d'interactions synaptiques et très peu vascularisée, consomme peu d'oxygène. L'étude pharmacologique de ces réponses métaboliques nous a permis de montrer que le compartiment post-synaptique du glomérule est le siège de cette intense activité métabolique. Cette dernière est aussi dépendante du traitement de l'information olfactive qui est effectué à la fois dans le bulbe olfactif et à la périphérie, dans la cavité nasale. Ceci nous a permis de caractériser l'effet de l'adaptation périphérique sur la consommation d'oxygène et le traitement local de l'information olfactive. Enfin, nous avons décrit en détail l'importance des phénomènes de diffusion au niveau du réseau microvasculaire dans le rééquilibrage transitoire du taux d'oxygène local.

Les lésions médullaires traumatiques (LMT) conduisent à une atteinte des voies nerveuses sensitives et motrices. Leur taux de mortalité reste très élevé, d'où la nécessité de trouver de nouveaux traitements. Les Cellules Gliales Olfactives (CGOs) représentent un candidat intéressant de par leur fonction au sein du système olfactif primaire. La découverte d'une population de cellule souche neurale bordant le canal central de la moelle spinale (MS) adulte, appelées cellules épendymaires, suscite un nouvel espoir dans le domaine des biothérapies. Ce travail de thèse a permis d'étudier l'effet d'une transplantation de CGOs sue le comportement des cellules résidentes de la moelle spinale et notamment les cellules souches épendymaires qui, en association avec les astrocytes et les péricytes, participent aux mécanismes de guérison des LMT. L'utilisation du modèle murin hFoxJ1-CreERT2::YFP (permettant le suivi spécifique des cellules épendymaires et de leur progénie), a montré que les CGOs augmentaient in vitro le potentiel d'auto-renouvellement des cellules souches de la MS et modifiaient leur voie de différenciation vers un type neural. In vivo, la transplantation de CGOs augmente la prolifération des cellules épendymaires ainsi que leur différenciation en astrocytes hypo-réactifs conduisant à la formation d'un environnement post-lésionnel bénéfique à la survie neuronal et l'établissement d'une neurogenèse. Nos travaux ont montré pour la première fois que la transplantation de CGOs après LMT permettait la génération de nouveaux neurones. Ceci constitue un nouvel espoir dans l'établissement de stratégies thérapeutiques pour le traitement des LMT chez l'Homme
The spinal cord injuries (SCI) lead to the damages of the spinal cord or nerves and often cause permanent changes in body functions leading to the death. Cell therapies have raised great hope for regenerative medicine. Clinical data showed that the olfactory ensheathing cells (OECs) enhanced functional recovery after SCI and could be a very attractive therapeutic approach. Moreover, the discovery of a new endogenous resident stem cell population, lining the central canal of the spinal cord, named ependymal stem cells, represents a new hope for the therapy. This thesis analyzed the role of OECs transplantation, on the behaviour of ependymal stem cells since these cells, together with astrocytes and pericytes significantly contribute to the recovery of SCI. The use of the mouse model hFoxJ1-CreERT2::YFP (allowing to specifically follow the ependymal stem cells ant their progeny) showed that OECs increased in vitro the self-renewal potential of spinal cord stem cells and modified their differentiation pathway towards a neural type. In vivo, OECs transplantation significantly increases the proliferation of ependymal cells and their differenciation into hypo-reactive astrocytes leading to the formation of a beneficial environment to neuronal survival and the neurogenesis establishment. Our results also showed for the first time that OECs transplantation after SCI allows the generation of new neurons by non-ependymal cell-derived progenitors. These results represent a new hope in the establishment of therapeutic strategies for the treatment of SCI in humans

This thesis is a study of receptor-mediated events occurring in olfaction. Potential enzymes involved in olfactory transduction were investigated using standard biochemical techniques, and an investigation of the fatty acid receptor/s was attempted using psychophysical methods. 1. Other investigators in olfaction have recently demonstrated an odorant modulated adenylate cyclase in the frog. We have shown that tissue preparations from the rat have high levels of the enzyme adenylate cyclase. This activity was stimulated in the presence of odorants by up to two times the basal value. The concentrations of odorants used were in the range expected to be physiologically relevant. Both basal and stimulated adenylate cyclase were inhibited by μM calcium ion. Tissue preparations from brain showed no odorant activation. Guanylate cyclase was present at a tenth the concentration of adenylate cyclase and showed no odorant simulation. 2. There are no studies in the literature characterising the cyclic nucleotide phosphodiesterases in olfactory tissue. The Sutherland criteria require the presence of a cyclic nucleotide phosphodiesterase (PDE) in olfactory tissue, if cyclic AMP is to be a second messenger in olfaction. It is possible that olfactory PDE is directly regulated by a receptor, as is found in vision. It is important, therefore, that the PDE’s in olfactory tissue are characterised. Tissue preparations of the rat and sheep were shown to have high levels of cyclic nucleotide phosphodiesterase. The activities were not stimulated in the presence of physiologically relevant concentrations of odorants; inhibition of these activities by odorants was not significantly different from that of brain homogenates. Characterisation of the phosphodiesterase isoenzymes separated by DEAE chromatography established that they resembled the isoenzymes characterised from other tissues. The evidence presented indicates that olfactory tissue does not resemble visual tissue, which has a receptor-linked phosphodiesterase. All evidence suggests that PDE’s in olfactory tissue serve to return cyclic nucleotide concentrations to resting levels after stimulation. The observation that the Type 1 (calcium/calmodulin stimulated) phosphodiesterase is present in high concentrations in olfactory tissue suggests that calcium ion concentration in vivo may be an important regulator of phosphodiesterase activity. 3. The threshold values of various short chain fatty acids, of high purity, were determined using human subjects. The results were one order of magnitude greater than found by Amoore (1970) but showed a similar group trend. Descriptive analysis was also performed on these acids by generating a series of descriptors sufficient to discriminate between the acids. Analysis of the results by principal component analysis yielded a three dimensional map that showed the acids clustering into four groups. These four groups could indicate the presence of four receptors. Attempts to demonstrate structure-activity relationships between the thresholds, and descriptive analysis results with various physical and chemical parameters, failed. This was probably due to the interaction of the acids with more than one receptor. So far, the lack of success in identifying olfactory receptors by researchers has meant that investigations of olfactory receptors have had to be done using psychophysical techniques such as those used in this report. It will probably not be known if these methods are useful for identifying receptors, until the receptors can be purified and characterised biochemically.

This thesis examines the clinical and pathological involvement of the olfactory system in Parkinson’s Disease (PD). The main aim is to investigate the practical use of smell identification tests (SITs) in parkinsonism and tremor. A secondary objective is to investigate the pathological involvement of the rhinencephalon. Commercially available SITs were used to differentiate PD patients from control subjects in the UK, Brazil and Sri Lanka, showing SITs have combinations of sensitivity and specificity greater than 80%. Based on the data obtained a traffic light ruler was devised to determine the likelihood of a patient having PD at the time of the initial consultation. This was then used to interpret SITs in 34 patients with possible parkinsonism, showing 86.4% sensitivity and 80.0% specificity of SITs when compared to dopamine transporter imaging using single photon emission computed tomography (SPECT) as the gold-standard for detecting nigrostriatal dopamine denervation. Olfaction was shown to be severely impaired in parkinsonism related to LRRK2 mutations, moderately impaired in subjects with pure autonomic failure, multiple system atrophy and progressive supranuclear palsy (PSP) and normal in patients with essential tremor, dystonia and in subjects who had been diagnosed as having PD, but were found to have normal scans. This indicates that SITs will be more useful in differentiating PD from non-degenerative tremors than from atypical parkinsonism. Neuropathological changes were investigated in the rhinencephalon and it was demonstrated that α-synuclein accumulation in the primary olfactory cortex is heterogeneous, being more severe in the temporal subdivision of the piriform cortex. The piriform cortex had Lewy body pathology in all 10 PD cases studied, as well as in 7 control cases who presented incidental Lewy body pathology and four cases of LRRK2 related parkinsonism. The piriform cortex had abnormal tau accumulation in 6 PSP patients, suggesting tauopathy in the rhinencephalon is a possible substrate for hyposmia in PSP.

The primary aim of this thesis was to investigate, using functional magnetic resonance imaging (fMRI), the neurophysiological basis of multisensory integration involving smell and vision. To achieve this goal, several technical challenges had to be addressed: the attainment of sufficiently high quality fMRI images in olfactory brain regions within the orbitofrontal cortex (OFC), the construction of a stimulus delivery system adequate for rapid and controlled odour delivery in the MRI environment, and optimal strategies for delivering and perceiving liquid flavour stimuli in the scanner. In two initial fMRI experiments, strategies including sensitivity encoding and passive shimming to improve OFC image quality were explored. The results demonstrated that both methods can improve signal detection in OFC, a brain area particularly sensitive to susceptibility artefacts. In a further fMRI study, the effectiveness of two methods of delivering odorants dissolved in liquids was compared. In this study, the same set of participants was required to either swallow the liquid immediately after delivery or hold it in their mouths for a brief period of time. The results indicated that while both methods allowed detection of activity in primary olfactory and gustatory cortices, activation of the OFC was not observed when participants swallowed the liquids immediately. This was presumed to be due to the increased head motion associated with swallowing. Finally, the mechanisms underlying visual-olfactory integration were investigated using a combination of behavioural and imaging methods. An initial behavioural study revealed strong colour-odour associations for certain smells associated with fruits (e.g. lemon - yellow). In a subsequent fMRI study, volunteers were presented with a selection of the most colour-associated odours from the prior behavioural study either in isolation or in the presence of congruent and incongruent colours. Analysis of the fMRI data revealed that a highly left lateralised network of brain areas comprising of the OFC and insular showed increasingly stronger responses to odour-colour combinations of higher congruency. In a follow-up fMRI study, this same network was also found to be responsible for integrating odours, not only with colours, but also with their corresponding visual images (objects). In sum, the series of fMRI studies undertaken in this thesis argue for a fundamental role of the OFC in the integration of olfactory-visual inputs in the human brain.

Thesis (doctoral)--Ludwig-Maximilians-Universität München, 2008.
Title from PDF t.p. (viewed on Jan. 8, 2009). Some chapters co-authored with others. Includes bibliographical references (p. 117-127).

L’alimentation maternelle conditionne la santé métabolique et cardiovasculaire de la progéniture, mais l’impact sur les systèmes sensoriels reste peu étudié. L’olfaction joue un rôle comportemental crucial pour l’évitement des dangers et pour la prise alimentaire. Dès le plus jeune âge, les odeurs participent à l’établissement des préférences alimentaires, qui influencent les habitudes alimentaires de l’adulte. Le système olfactif repose sur le fonctionnement de neurones qui se développent pendant la vie embryonnaire, continuent leur maturation après la naissance et sont continuellement régénérés au cours de la vie. Ces neurones sont en permanence modulés par les facteurs métaboliques. Les patients atteints de troubles métaboliques ont plus de risques de présenter des altérations de la perception des odeurs, et l’exposition à une alimentation de type obésogène ou diabétogène induit des perturbations olfactives chez le rongeur.Le but de cette thèse était d’explorer les effets d’une exposition périnatale au gras et au sucre, à travers l’alimentation maternelle pendant les périodes de préconception, gestation et lactation, sur la physiologie olfactive de souris juvéniles.L’alimentation grasse et sucrée (high-fat high-sucrose, HFHS) a modifié la composition lipidique du lait maternel. La caractérisation métabolique des petits a révélé un surpoids, un excès de masse grasse épididymaire et une hyperleptinémie chez les petits provenant d'une mère sous alimentation HFHS. Les capacités olfactives évaluées lors d'un test de nourriture enfouie et par mesure du comportement de flairage induit par les odeurs étaient altérées chez les petits dont la mère a été exposée à l'alimentation HFHS. Cependant, nos résultats n’ont pas montré de modification de la sensibilité de l’épithélium olfactif (EO) ou de l’expression des gènes codant pour les éléments de la cascade de transduction olfactive. L’exploration du traitement central du signal olfactif a révélé un impact de l’alimentation maternelle HFHS sur le degré de ramification dendritique des interneurones du bulbe olfactif. En revanche, l’activation des neurones dans le cortex piriforme après une exposition odorante n’était pas modifiée.Ainsi, l'alimentation maternelle HFHS pendant les périodes de développement des petits induit chez les mâles des altérations de la perception olfactive, sans perturbation de la détection des odeurs par l'EO, mais associées à des modifications neuronales dans les structures olfactives centrales. La leptine, hormone métabolique connue pour son action sur l’olfaction et sur le développement neuronal, pourrait être à l’origine de ces déficits olfactifs
The influence of maternal diet on progeny’s health has been thoroughly investigated regarding metabolic and cardiovascular diseases, but the impact on sensory systems remains unknown. Olfaction is of great behavioral importance for avoiding hazards and for feeding behavior. In childhood especially, olfaction participates in establishing food preferences, which partly determine adult eating habits. The olfactory system is made of sensory neurons that develop during the embryonic life, pursue their maturation after birth and are continuously regenerated over life. Olfactory neurons activity can be modulated by metabolic factors. Patients with metabolic disorders are at risk of impaired olfactory sensitivity. Adult mice exposed to an obesogenic or diabetogenic diet exhibit disrupted olfactory behavior.The aim of this thesis was to investigate the effect of a perinatal exposure to fat and sugar, through maternal diet during preconception, gestation and lactation, on the olfactory system of young mice.Maternal high fat high sugar (HFHS) diet modified milk lipids composition. When investigating pups’ metabolic phenotype, overweight, increased epididymal fat and hyperleptinemia were revealed in pup’s born from dams fed with the HFHS diet. Olfactory abilities were assessed in a buried food test and by measuring odor-induced sniffing behavior and were disrupted in the progeny of HFHS diet fed dams. However, olfactory epithelium sensitivity and gene expression of constituents of the olfactory transduction cascade were not affected by maternal HFHS diet. When investigating olfactory central processing, dendritic complexity of interneurons in the olfactory bulb was found to be affected by maternal HFHS diet. Meanwhile, neuronal activation in piriform cortex was not altered.These results show that maternal HFHS diet during pups’ development alters olfactory perception in male progeny, without impairing odor detection by the OE, and associated with neuronal modifications in olfactory central areas. Leptin is a metabolic hormone known to influence olfaction and neurons development which could have induced the olfactory defects

The present work, employing biochemical, biophysical and electrophysiological techniques, attempted to identify specific receptor sites in the vertebrate olfactory system for heterocyclic odorants. An in vitro rat preparation was developed and characterised for use in vapour-phase chemical modification experiments; the EOG responses obtained from this preparation were stable for up to 5 hours after the death of the animal. The signals to various compounds were differentially reduced when brominated odorants were employed as vapour-phase labelling reagents; the responses obtained to these derivatives and to their non-reactive analogues were preferentially diminished. The effect of concanavalin A on ECGs obtained from an in vivo frog preparation was examined. This lectin was found to preferentially inhibit the signals elicited by small, sweaty-smelling carboxylic acids; the responses to most of the non-carboxylic acid odorants tested were not significantly inhibited. The failure to identify specific receptor sites by electrophysiological techniques prompted the performance of odorant binding studies. Examinations of the interaction of [3H] 2-isobutyl-3- methoxypyrazine with 13,000 x g supernatant fractions of sheep olfactory epithelium showed that a component of the homogenate fraction exhibited high affinity saturable binding of this odorant (KD-10-8M). However, the presence of large amounts of non-specific binding, substantially decreased the sensitivity and accuracy of the assay. Non-specific binding was observed with tissue fractions of sheep respiratory epithelium, brain and liver. An investigation of binding specificity showed that other bell pepper odorants competed for the 2-iscbutyl-3-methoxypyrazine binding site. The steno requirements for the protein binding of various substituted heterocyclic odorants were examined using nuclear magnetic relaxation techniques. Model studies performed with bovine serum albumin showed that particular side chains of the odorants tested were primarily involved in the binding interaction. The methoxy group of 2-isopropyl-3-methoxypyrazine was found to be responsible for primary recognition by 13,000 x g supernatant fractions of sheep olfactory epithelium.

La spécificité de la communication phéromonale chez les lépidoptères nocturnes en fait un bon modèle pour l’étude des bases moléculaires de la réception olfactive. Ce travail a permis d’identifier une diversité de gènes olfactifs antennaires chez les noctuelles, par des approches de clonage par homologie et par l’analyse d’une banque d’EST. Par leur diversité et leur action séquentielle ou combinée, les Pheromone-Binding Proteins, les récepteurs phéromonaux, et les enzymes de dégradation des phéromones (PDE) interviendraient comme « filtres » successifs pour assurer la spécificité de la reconnaissance. Pour étudier l’origine des rythmes comportementaux d’attraction par la phéromone, l’existence d’un contrôle périphérique a été recherchée. Une horloge antennaire, un rythme circadien de la réponse antennaire aux phéromones et la transcription d’une PDE sous le contrôle d’une horloge ont été mis en évidence. Cependant, leur lien avec le rythme olfactif comportemental reste donc à établir.

The detection of low level concentrations of particles in a gaseous environment is of importance to many fields, especially Homeland Security. The ability to identify ppb concentrations of explosives and their degradation products can aid in the detection of improvised explosive devices (IEDs), ammunition dumps, or hidden explosives. One method of accomplishing this task is through the use of an array of chemiresistors in an electronic nose device. For this study, chemiresistors were constructed using 3-D silica nanospring mats with a contiguous film of ZnO nanocrystals and ZnO nanocrystals decorated by metallic nanoparticles. Samples with an average grain size of 15nm were found to be the most responsive and upon exposure to a gas flow of 20% O2 and 80% N2 with ~200 ppm of acetone and an operational temperature of 400 oC produced a relative change in conductance by a factor of 400. The addition of metal nanoparticles onto the surface of the ZnO nanocrystals produced a relative change in conductance by a factor of 1100. Under optimum conditions, sensing elements of this design exhibited well-defined spikes in conductance upon exposure to explosive vapors (TNT, TATP) at the ppb levels. The use of a pattern recognition system allowed discrimination between three analyte chemicals.

La vision est certainement le sens le plus développé chez les rapaces, souvent cités comme les vertébrés possédant la plus grande acuité visuelle. Pourtant, les rapaces figurent parmi les victimes les plus fréquentes des collisions avec des éoliennes et autres dispositifs anthropiques. Etant donné les enjeux de conservation et le coût des opérations de conservation, il est indispensable de mieux comprendre comment les capacités sensorielles des rapaces affectent leur technique de recherche alimentaire et les interactions avec les dispositifs anthropiques (par exemple jusqu’à quelle altitude/distance les vautours peuvent-ils être détecter les charniers et les obstacles potentiels et comment optimiser les mesures de gestion des habitats ?). En ce qui concerne l'olfaction, le postulat ancien que les oiseaux en général ont une olfaction quasi nulle est réfuté grâce à la publication récente d’expériences qui montrent le contraire chez plusieurs espèces d’oiseaux, des passereaux aux oiseaux marins. L’olfaction est-elle vraiment un sens « manquant » chez les rapaces? Pourquoi seuls les vautours américains auraient-ils développé un sens aigu de l’olfaction ? Notre projet d’étude de l’écologie sensorielle des rapaces repose principalement sur de test de conditionnement avec renforcement, conduits sur des oiseaux issus de plusieurs parcs zoologiques de France. L’originalité de notre projet serait de combiner des expériences de vision et d’olfaction, sur une grande diversité d’espèces (Vautours, Buses, Milans), d’origine phylogénétique, de régimes alimentaires et de technique de recherche alimentaire différents, à la fois au sol et en vol. La première étape aura lieu en conditions contrôlées en volières, avec des expériences de conditionnement opérant après dressage : réponses des oiseaux à différents stimuli visuels et odeur. Dans un deuxième temps des expériences en vol pourront être menées, sur des oiseaux dressés à effectuer des vols libres, dont les mouvements précis peuvent être suivis en 3 dimensions par des balises GPS couplées à des accéléromètres et des caméras vidéos. Il serait alors possible de connaître précisément les capacités sensorielles utilisées pour la recherche alimentaires de chaque espèce et d’analyser les comportements de vol en lien avec l'aérologie
The vision is certainly the most developed sense in raptors, and these birds are cosidered as the vertebrates with the greatest visual acuity. However, raptors are among the most frequent victims of collisions with wind turbines and other human features. Given the conservation issues and the cost of conservation operations , it is essential to understand how sensory abilities of raptor affect their foraging ecology and interactions with human features (eg at which altitude / distance vultures can detected graves and potential obstacles and how optimize the measure of habitats management). But vision is not the only sense that raptor may have. Olfaction in birds was historically neglected, but recent evidence suggests that many bird species, from passerines to seabirds, use olfaction. Consequently, it make sense that olfaction may lead some behaviours in raptor too. To date however olfaction has been searched and shown only in the American vultures. Our project aims to study the sensory ecology of raptors based primarily on captive animals and condition protocols. The originality of our project is to combine the experience of vision and olfaction, on a wide variety of raptor species present in French zoos, with different phylogenetic origin, diets, and different foraging ecologies. The first step will takes place under controlled aviaries conditions, with operant conditioning experiments: responses of birds to different visual and odor stimuli. In a second phase, flight experiments will be conducted on birds trained to perform free flights, whose precise movements can be tracked in three dimensions by GPS tags coupled with accelerometers and cameras videos. It would then be possible to determine precisely the sensory capabilities used for food research for each species, and analyze the flight behaviour with respect to aerology

Dans une société allant de l'avant et voulant couper avec son côté animal, la perception olfactive a été jugée inutile et limitée à sa plus simple expression. Il n'est donc pas étonnant que la perception olfactive soit une des dimensions de notre univers sensoriel les plus difficiles à appréhender. Cette thèse de doctorat étudie la perception des odeurs chez l'Homme. La recherche s'est centrée sur deux aspects importants de l'odorat : la valence hédonique de l'odeur (son caractère agréable ou désagréable) et la qualité de l'odeur (par exemple, son caractère floral ou fruité). L'olfaction a également pour caractéristique d'être très variable d'un individu à l'autre. En effet, bien que certaines odeurs soient perçues de la même manière par la majorité de la population, de nombreuses autres sont perçues de manière très différente entre individus. Ainsi, le principal objectif de la thèse a été d'apporter des éléments d'explication des facteurs déterminant la variabilité interindividuelle dans la perception qualitative et hédonique des odeurs. Sans aller jusqu'à une explication totalement déterministe selon laquelle la perception olfactive serait « inscrite dans la molécule », les résultats de cette thèse renforcent ainsi l'idée que la perception hédonique et qualitative de l'odeur est construite à travers une hiérarchie de traitements débutant par l'association d'une structure moléculaire bien précise (ou d'un attribut particulier) et d'un ensemble de récepteurs olfactifs. L'expression différentielle de ces récepteurs olfactifs selon les individus et les populations, ainsi que l'apprentissage par simple exposition ou par acquisition d'une expertise, coloreront alors de manière personnelle la valence et la qualité perçue des odeurs, conduisant ainsi à une hétérogénéité interindividuelle en matière de perception olfactive
In a society moving forward and wanting to cut with his animal side, olfactory perception has been judged unnecessary and limited to its simplest expression. Unsurprisingly, olfactory perception was found to be one of the most difficult dimensions to understand in our sensory universe. This dissertation examines the perception of odors in humans. The research effort has been focused on two important aspects of smell: the hedonic valence of odor (ie the pleasantness or unpleasantness of the sample) and odor quality (eg, its floral or fruity note). Olfaction is also known to be highly variable from one individual to another. Indeed, although some odors are perceived in the same way by the majority of the population, many others are perceived very differently between individuals. Thus, the main objective of the research was to provide some explanation on important factors of inter-individual variability in the qualitative and hedonic perception of odors. Without making the complete deterministic claim that olfactory perception is "written in the molecule", the results in this dissertation reinforce the idea that the hedonic and qualitative perceptions of smell are built through a hierarchy of treatments starting with the combination of molecular structure (or of a particular structural attribute) and a very specific set of olfactory receptors. The difference in expression of these olfactory receptors as individuals and populations, as well as learning by mere exposure or acquisition of expertise will then color in a personal way the valence and perceived quality of odors, leading to inter-individual heterogeneity in olfactory perception

La valence hédonique des odeurs (leur caractère plus ou moins plaisant) est une dimension primordiale de l'olfaction chez l'homme. Les préférences olfactives sont fortement façonnées par l'expérience, la culture et le contexte. Cependant, des études récentes montrent qu'elles seraient également partiellement dictées par les propriétés physicochimiques des molécules odorantes. L'objectif de ce travail est d'une part de préciser les paramètres physico-chimiques des odorants déterminant la dimension hédonique de la perception. D'autre part, nous avons recherché comment le premier relais cortical olfactif, le bulbe olfactif (BO) encode la valence hédonique des odeurs, qu'elle soit spontanée ou modulée par l apprentissage. Dans une première partie, nous avons exploré l'effet de la complexité des odorants sur la perception olfactive chez l'homme. Nous avons montré que ce paramètre influence à la fois la complexité perceptuelle (le nombre de notes olfactives évoquées) et la valence hédonique des odeurs. Ceci suggère que le système olfactif est capable de coder la valeur hédonique à partir de la molécule odorante chez l'homme. Dans une seconde partie, nous avons mis à profit la conservation de l'organisation anatomofonctionnelle du système olfactif chez les mammifères pour explorer, dans le modèle murin, la représentation de la valence hédonique des odeurs dans le BO. Nous avons analysé la réponse bulbaire à des odorants non biologiques plus ou moins complexes, et donc attractifs, grâce à la cartographie de l'expression des gènes précoces Zif268 et cFos. Nous mettons en évidence une activation postérieure du BO plus importante pour les odeurs les moins attractives. Dans une dernière partie, nous avons examiné la plasticité des représentations bulbaires quand la valence hédonique de l'odorant change. La valence des odorants a été modifiée chez la souris par apprentissage associatif appétitif ou aversif. La réponse bulbaire a ensuite été examinée en fonction de la valence acquise des odeurs. Nous montrons que lorsqu'un même odorant passe d'une valence positive à une valence négative, l'activité des interneurones granulaires diminue dans la partie postérieure du BO. Ceci indique un rôle de la distribution antéro-postérieure de l'activité bulbaire dans le codage de la valence hédonique apprise des odeurs. En raison du renouvellement constant des interneurones bulbaires à l'âge adulte, impliqués dans la mémoire associative olfactive, l effet de la modulation de la valence des odeurs sur la neurogenèse a également été déterminé. De façon intéressante, la neurogenèse adulte est impliquée dans ce processus car l'activité des cellules granulaires nouvellement formées diminue également dans le BO postérieur en réponse à l'odeur devenue aversive. Ainsi, les deux dernières parties suggèrent une plasticité de la représentation de la valeur hédonique sur l'axe antéro-postérieur selon que la préférence est spontanée ou acquise. Dans leur ensemble, ces trois études montrent d'une part que la complexité moléculaire des odorants est un facteur déterminant de la valence hédonique de l'odeur chez l'homme et la souris. D'autre part, elles démontrent l'existence d'une trace neurale de la valence spontanée ou apprise des odeurs, exprimée le long de l'axe antéro-postérieur du BO, révélant une nouvelle régionalisation fonctionnelle du BO
The first dimension of human olfactory perception is the pleasantness of smells. Numerous studies suggest that olfactory preferences are strongly modulated by experience, culture and context. However, recent evidences suggest that olfactory hedonics could be also partly driven by the physico-chemical features of the odorant molecule. The objective of this work was first to identify the odorant’s physico-chemical parameters determining odor hedonic valence. Second, we studied how the first olfactory cerebral relay, the olfactory bulb (OB), encodes spontaneous or learned odor hedonic valence. In a first part, we looked at the effect of the structural complexity of odorant molecules on human olfactory perception and found that this parameter can influence both the odorant’s perceptual complexity (number of olfactory notes evoked) and its hedonic valence. This suggests that the human olfactory system is able to encode odorant hedonic valence from the molecule itself. In a second part, taking advantage of the highly conserved olfactory system in mammals and the shared olfactory preferences between mice and human, we analyzed the OB response to attractive (complex) or less attractive (less complex) odorants by mapping the expression of the immediate early genes Zif268 and cFos. Results indicated a stronger activity in the posterior OB for the low compared to the high attractiveness odors. In a last part, we examined the plasticity of the odorant bulbar representation when the predictive value of the odorant changes. We first modulated the valence of an odorant using an appetitive or an aversive learning in mice and measured the OB response to this odorant depending on its acquired positive or negative valence. We found that, when the same odorant goes from positive to negative valence, the responsiveness of granule interneurons in the posterior part of the OB was dramatically decreased. This indicated that the anteroposterior distribution of activation conveys information regarding the acquired valence of the odorants. Because the OB undergoes a constant neuronal turnover during adulthood, which has been implicated in associative memory, we also looked at the effect of valence modulation on neurogenesis. Interestingly, neurogenesis was involved in this process since the activity of newborn granule cells present in the posterior OB was also decreased in response to the negatively-reinforced odorant. Interestingly, the two last parts of this work suggest a plasticity of the neural representation of hedonic value along the antero-posterior axis depending on the spontaneous versus acquired preference. Altogether, these results show first that molecular complexity is an important factor determining odor hedonic valence in humans and mice. Second, they show an early neural trace of spontaneous and learned hedonic valence which is expressed along the anteroposterior axis of the OB. The latter data reveal an early coding of hedonics in the OB and a yet unknown antero-posterior functional regionalization of the OB

The thesis falls into the field of machine olfaction and accompanying experimental set up for chemical gas sensing. Perhaps more than any other sensory modality, chemical sensing faces with major technical and conceptual challenges: low specificity, slow response time, long term instability, power consumption, portability, coding capacity and robustness. There is an important trend of the last decade pushing artificial olfaction to mimic the biological olfaction system of insects and mammalians. The designers of machine olfaction devices take inspiration from the biological olfactory system, because animals effortlessly accomplish some of the unsolved problems in machine olfaction. In a remarkable example of an olfactory guided behavior, male moths navigate over large distances in order to locate calling females by detecting pheromone signals both rapidly and robustly. The biomimetic chemical sensing aims to identify the key blocks in the olfactory pathways at all levels from the olfactory receptors to the central nervous system, and simulate to some extent the operation of these blocks, that would allow to approach the sensing performance known in biological olfactory system of animals. New technical requirements arise to the hardware and software equipment used in such machine olfaction experiments. This work explores the bioinspired approach to machine olfaction in depth on the technological side. At the hardware level, the embedded computer is assembled, being the core part of the experimental set up. The embedded computer is interfaced with two main biomimetic modules designed by the collaborators: a large-scale sensor array for emulation of the population of the olfactory receptors, and a mobile robotic platform for autonomous experiments for guiding olfactory behaviour. At the software level, the software development kit is designed to host the neuromorphic models of the collaborators for processing the sensory inputs as in the olfactory pathway. Virtualization of the set up was one of the key engineering solutions in the development. Being a device, the set up is transformed to a virtual system for running data simulations, where the software environment is essentially the same, and the real sensors are replaced by the virtual sensors coming from especially designed data simulation tool. The proposed abstraction of the set up results in an ecosystem containing both the models of the olfactory system and the virtual array. This ecosystem can loaded from the developed system image on any personal computer. In addition to the engineering products released in the course of thesis, the scientific results have been published in three journal articles, two book chapters and conference proceedings. The main results on validation of the set up under the scenario of robotic odour localization are reported in the book chapters. The series of three journal articles covers the work on the data simulation tool for machine olfaction: the novel model of drift, the models to simulate the sensor array data based on the reference data set, and the parametrized simulated data and benchmarks proposed for the first time in machine olfaction. This thesis ends up with a solid foundation for the research in biomimetic simulations and algorithms on machine olfaction. The results achieved in the thesis are expected to give rise to new bioinspired applications in machine olfaction, which could have a significant impact in the biomedical engineering research area.
Esta tesis se enmarca en el campo de bioingeneria, mas particularmente en la configuración de un sistema experimental de sensores de gases químicos. Quizás más que en cualquier otra modalidad de sensores, los sensores químicos representan un conjunto de retos técnicos y conceptuales ya que deben lidiar con problemas como su baja especificidad, su respuesta temporal lenta, su inestabilidad a largo plazo, su alto consumo enérgético, su portabilidad, así como la necesidad de un sistema de datos y código robusto. En la última década, se ha observado una clara tendencia por parte de los sistemas de machine olfaction hacia la imitación del sistema de olfato biológico de insectos y mamíferos. Los diseñadores de estos sistemas se inspiran del sistema olfativo biológico, ya que los animales cumplen, sin apenas esfuerzo, algunos de los escenarios no resueltos en machine olfaction. Por ejemplo, las polillas machos recorren largas distancias para localizar las polillas hembra, detectando sus feromonas de forma rápida y robusta. La detección biomimética de gases químicos tiene como objetivo identificar los elementos fundamentales de la vía olfativa a todos los niveles, desde los receptores olfativos hasta el sistema nervioso central, y simular, en cierta medida, el funcionamiento de estos bloques, lo que permitiría acercar el rendimiento de la detección al rendimiento de los sistemas olfativos conociodos de los animales. Esto conlleva nuevos requisitos técnicos a nivel de equipamiento tanto hardware como software utilizado en este tipo de experimentos de machine olfaction. Este trabajo propone un enfoque bioinspirado para la ¿machine olfaction¿, explorando a fondo la parte tecnológica. A nivel hardware, un ordenador embedido se ha ensamblado, siendo ésta la parte más importante de la configuración experimental. Este ordenador integrado está interconectado con dos módulos principales biomiméticos diseñados por los colaboradores: una matriz de sensores a gran escala y una plataforma móvil robotizada para experimentos autónomos. A nivel software, el kit de desarrollo software se ha diseñado para recoger los modelos neuromórficos de los colaboradores para el procesamiento de las entradas sensoriales como en la vía olfativa biológica. La virtualización del sistema fue una de las soluciones ingenieriles clave de su desarrollo. Al ser un dispositivo, el sistema se ha transformado en un sistema virtual para la realización de simulaciones de datos, donde el entorno de software es esencialmente el mismo, y donde los sensores reales se sustituyen por sensores virtuales procedentes de una herramienta de simulación de datos especialmente diseñada. La propuesta de abstracción del sistema resulta en un ecosistema que contiene tanto los modelos del sistema olfativo como la matriz virtual . Este ecosistema se puede cargar en cualquier ordenador personal como una imagen del sistema desarrollado. Además de los productos de ingeniería entregados en esta tesis, los resultados científicos se han publicado en tres artículos en revistas, dos capítulos de libros y los proceedings de dos conferencias internacionales. Los principales resultados en la validación del sistema en el escenario de la localización robótica de olores se presentan en los capítulos del libro. Los tres artículos de revistas abarcan el trabajo en la herramienta de simulación de datos para machine olfaction: el novedoso modelo de drift, los modelos para simular la matriz de sensores basado en el conjunto de datos de referencia, y la parametrización de los datos simulados y los benchmarks propuestos por primera vez en machine olfaction. Esta tesis ofrece una base sólida para la investigación en simulaciones biomiméticas y en algoritmos en machine olfaction. Los resultados obtenidos en la tesis pretenden dar lugar a nuevas aplicaciones bioinspiradas en machine olfaction, lo que podría tener un significativo impacto en el área de investigación en ingeniería biomédica

This thesis recognizes that: in many systems the initial small molecule - receptor recognition processes, and thus signal transduction, is not fully understood to the highest level of scientifc explanation and prediction. One such example of this is olfaction. Molecules cannot necessarily be predicted from a smell, and similarly a smell from molecules. Better understanding of these initial steps, would have important repercussions, especially in the field of rational drug design. So in general the thesis proves the physical feasibility and potential of a novel and generic signaling model, and in particular looks at those processes in olfaction. The conjecture 'Could humans recognize odours through phonon assisted tunneling?' is tested. This is based on the idea (Turin, 1996) that the nose recognizes an odorant's vibrations (phonons) via inelastic electron tunneling (IETS). The nose thus acts as a 'meat spectroscope'. First the background biology of the olfactory system is evaluated, then the conjecture is posed as a soluble problem. Traditional physics ideas are reconciled with the biological environment. It is proven that no physics based objections hold against the working of this new mechanism, thus a predictive and explanatory theory is now introduced to the field. The parameters of odorant discrimination are explored. In particular the 'Huang-Rhys factor' is modeled as a measure of the electron-phonon coupling integral to signal transduction. Several approaches are considered, 'odorant spectra' is created. Objections to the conjecture are considered, in particular the apparent paradox of enantiomer discrimination. The apparent paradox is shown to be obsolete. A correlation between a certain type of flexibility and whether enantiomer pairs smell the same is found. A rule is established: The members of an enantiomer pair will smell alike (type 1) when the molecules are rigid, and will smell different (type 2) when they are flexible. This flexibility refers to a particular property of six-membered rings. A consequence of this finding leads to the investigation of certain steroids in correlation to their bio-effects, and it is found that similar features are apparent, thus the mechanism of biological IETS is applied to other systems.

Within the discipline of sociology human olfaction is rich with social significance yet remains a poorly charted frontier. Therefore, the following discourse is aimed toward the development of a foundation for the sociological study of olfaction. It is formed by the dual goals of unearthing the social history of olfaction and of providing a viable sociological account of the manner in which smells affect human ontology. From these goals arise the following research questions: (1) Have the meaning and social relevance of odors and the olfactory sensorium changed throughout different periods of history?; (2) How have those in the lineage of eminent sociological thinkers addressed the phenomenon of human olfaction during these periods?; and (3) What is the process by which aromatic stimuli are transformed from simple chemical compounds, drifting in the atmosphere, into sensations in a sensory field and then on to perceived objects, to subjects of judgment and interpretation, and finally to bases of knowledge which form and continually reform individuals in the world? The weaving of the sociohistorical tapestry of smell is undertaken to provide examples from thousands of years lived experiences as to the fluid and sociologically complex nature of individuals' olfactory senses. This historical information is presented in a narrative format and is synthesized from data gleaned from books, advertisements, articles in popular non-scientific magazines, as well as from the findings of studies published in medical/neurological, psychological, anthropological, and sociological scholarly journals. Regarding theoretical aim of this discourse, insights are drawn from Maurice Merleau-Ponty's phenomenological theory of human perception for the generation of a framework for the sociological study of olfaction. Merleau-Ponty's theoretical notions are modified, modernized, and refitted to more specifically fit the subject of human olfaction and to include all that has been discovered about the biological specifics of olfactory perception since the time of his writing. Taken in sum, this effort is an access point to the understanding of how olfactory sensory perceptions flow toward the ontological unfolding of individuals.

Olfactory signals are generally regarded as the oldest and most widespread form of communication across taxa. They can play an important role in the mediation of social interactions, reproductive status and warning of danger, whilst also signalling more fixed genetic factors such as the major histocompatability complex, which is linked to inbreeding avoidance. Little is known of the role odour might play in humans, although there is some indication that humans may be influenced by a family of androgen steroids called the 16-androstenes, produced in axillary odour. Here I aim to identify the role of androstene compounds in humans, as well as body odour as a whole, using two theoretical frameworks based on intersexual and intrasexual signalling. Evidence is found to suggest androstadienone (“AND”, a putative male pheromone) and male odour (a composite sample of axillary sweat) may be having a suppressive effect on males. Men exposed to AND feel less attractive and potentially behave less attractive too, as judged by third-party raters. In a physical performance test, male odour is found to have a similar suppressing effect, with exposure being linked to decreased men’s performance in a cycling time trial and aspects of a 30-second cycling sprint test. In contrast, women exhibited stimulatory responses to the male odour, not AND. An analytical assessment of male odour was carried out, in an effort to link androstene profiles to aspects of phenotypic quality and socially relevant traits. Cluster analysis revealed that men’s odour profiles fell into two groups, which in turn could be explained by relationship status. In essence, single men have different compounds in their odour to men in a relationship. Furthermore, the odour of single men appears to be preferred by women. Exposure to solutions based on these two groups had sex specific effects on the receiver. In conclusion, the results highlight the novel possibility of human male intra-sexual signalling, whilst providing the only empirical evidence of odour chemistry links with social function in humans; paving the way for further investigations in this field.

L'etude de la relation olfaction-emotion n'a ete possible qu'avec l'evolution des donnees classiques de la neurophysiologie et des methodes de mesures multiparametriques du systeme nerveux autonome: sna. L'analyse du niveau tonique montre que la relation entre la relaxation et l'aspect agreable des odeurs est forte, excepte pour les odeurs trigeminees. L'analyse du niveau phasique montre que: (1) qu'il n'existe pas de relation preferentielle entre l'olfaction et les emotions ; (2) que chaque odeur est associee a un motif du sna qui peut etre traduit en emotion de base ; (3) que le sna differencie les odeurs agreables des desagreables et parmi les agreables, les trigeminees et celles evocatrices d'experiences desagreables ; (4) que globalement, il existe une relation variable entre la valence hedonique et les parametres sna en reponse a des odeurs. Cette relation est d'autant plus forte qu'on effectue une analyse individuelle et/ou que l'on considere le motif global ; (5) une bonne concordance entre les emotions determinees a partir du sna et celles definies verbalement par les sujets, sauf pour la colere qui semble etre une emotion reprimee ; (6) que la charge emotionnelle liee a l'odeur n'est pas plus forte que celle evoquee par une autre stimulation mais tres liee a la memoire d'une experience desagreable. L'odeur possede donc un fort pouvoir evocateur. En consequence, on peut considerer que les reponses sna sont un bon indicateur de l'inconscient des sujets et que les signes neurovegetatifs des reactions affectives, peuvent sans doute etre considerees comme les temoins du processus cognitif d'analyse globale des odeurs

Infochemical communication is ubiquitous amongst all living organisms, and particularly important in insects. Because smell being the most common basic means of chemical communication, infochemical blends must be constantly decoded in order to proclaim their readiness to mate, to mark out territorial boundaries, to warn off intruders and predators or, in some cases, to locate food or predators with millisecond precision. The central challenge of the thesis was to mimic nature in both cellular and molecular levels on to a technological platform that aids in the development of a new class of technology employing chemicals alone to communicate over space and time. This thesis describes a body of work conducted in the development of a miniaturised, smart and label-free cell-based chemoreceiver for artificial insect olfaction, as part of the development of a novel biomimetic infochemical communication system. A surface acoustic wave based microsensor has been utilized to engineer and develop a chemoreceiver system that mimics the cellular and molecular mechanisms occurring during infochemical detection and decoding in insects. Successful recovery of ratiometric information with the aid of polymer-based gas-phase measurements, established the concept of chemical communication. Thus, small scale, high-throughput infochemical communication has been realized by a combination of precise spatiotemporal signal generation using fruit volatiles and insect sex pheromones with highly sensitive detection and signal processing. This was followed by the investigation of the feasibility of using the prototype cell-based biosensor system in a static mode for artificial insect olfaction applications, mimicking the cellular detection in the receptor/antenna apparatus of insects. Finally, as part of the development of a compact and low-power portable chemoreceiver system, the discrete sensor drive and interface circuitry was deployed in an analogue VLSI chip, thereby overcoming the associated measurement complexity and equipment cost, in addition to extending the reach and functionality of point of use technologies.

Senegalese sole is a flatfish species with increasing importance for the aquaculture industry due to its good performance (survival and growth) in captivity and high market price.However,one of the principal bottlenecks to the expansion of the species culture is the reproductive behavioural dysfunction in cultured males,which complicates establishing a closed cycle in captivity.The reproductive behavioural dysfunction is exhibited by the cultured males that do not participate in the courtship.Therefore, Senegalese sole production relies on wild males,which is unsustainable in the long term.With the aim to understand and look for solutions to this bottleneck,the present thesis focuses on different aspects of behaviour related to reproduction and the olfactory system. The effect of the presence of spawning wild Senegalese sole breeders on the reproductive behaviour and reproductive success of cohabiting cultured breeders was examined.Three groups were established,1 formed by cultures sole and 2 mixed groups (cultured and wild).Fertilised spawns were not obtained from the control group.However,fertilised spawns were obtained from the mixed-origin groups.Cultured males were observed to participate increasingly in the courtship and one cultured male fertilised 2 spawns.These results suggested a learning process in this species for behaviours associated to reproduction.With the olfactory analysis,the structure of the olfactory rosettes of 2 groups from different origin of Senegalese sole juveniles were compared.No significant differences in tissue structure,cell types and cellular distribution pattern were observed between origin specimens,however,differences were found between rosettes in number of lamellae and amount of goblet cells in the ridge region of the lamella,which were more frequent in the lower rosette.Related to the comparison of transcriptomic profiles (RNA-seq) of the upper rosette in cultured and wild sole mature males,the difference in transcripts of some olfactory receptors and other transcripts associated with the control of reproduction demonstrated clear differences in functionalities between origins.Related to the olfactory sensitivity of cultured sole, juveniles and adults to urine from mature conspecific (wild and cultured) was evaluated using EOG.Urine was confirmed to be a potent olfactory stimulus for juvenile and adult.In addition to this, urine from mature females evoked a small, but significant increase in plasmas levels of LH in mature males,further demonstrating that urine play a role in reproduction in this species.Related to dominance in Senegalese sole juveniles were used to conduct 2 dyadic tests (feeding response and territory) and group tests.This was the first study related to dominance behaviour in this species, which could be very relevant to the low participation in the parental contribution during the spawning season.Three parameters related to feeding response, 2 variables related to territory and 2 index in the group test were extracted to differentiate between dominant and subordinate sole.Moreover,2transcripts related to neurogenesis and neuroplasticity were differentially expressed between dominant and subordinate.In the present study three stress coping styles categories were found (proactive,intermediate and reactive) in Senegalese sole juveniles.Moreover,there were four transcripts related to metabolism and feeding behaviour which linked behavioural stress coping categories with brain gene expression.All together these advances strengthen the importance of these research lines as areas that can give a solution to the reproductive dysfunction that can enable the aquaculture industry to close the species life cycle in captivity to make sole culture sustainable.
El lenguado Senegalés es una especie de pez plano que está en constante crecimiento de producción dentro de la industria de la acuicultura debido a su buena capacidad de supervivencia y crecimiento en cautividad,además de poseer un elevado precio en el mercado.En cambio,uno de los principales problemas de expansión del cultivo del lenguado es la disfunción reproductiva asociada al comportamiento complicando el cierre del ciclo de vida de esta especie en cautividad.La disfunción reproductiva se ve en los machos de cultivo que no participan en el cortejo.Consecuentemente,la producción del lenguado recae en los machos salvajes siendo insostenible a largo plazo.Esta tesis tiene como objetivo principal entender y buscar posibles soluciones a este problema enfocándose en diferentes aspectos relacionados con la reproducción y el sistema olfativo.Primero se realizó un análisis de efecto de la presencia de lenguados salvajes que se reproducen,en el cortejo y el éxito reproductivo de los lenguados de cultivo,que no se reproducen.Se formaron 3 grupos,1 de cultivo (control) y 2 mezcla (cultivo y salvajes).No se obtuvo puestas fecundadas del grupo control,en cabio si se obtuvo de los grupos mezcla,viendose por primera vez un aumento de participación de los machos de cultivo,donde un macho de cultivo fertilizó 2 puestas.Estos resultados sugieren un posible proceso de aprendizaje del cortejo por parte de los machos de cultivo.Con el análisis del olfato,primero se realizó una descripción y comparación histológica de la estructura de ambas rosetas olfativas de dos grupos de lenguados juveniles (cultivo y salvaje).No se hallaron diferencias significativas en la estructura tisular, tipos de células y distribución celular entre lenguados de diferente origen, en cambio, se encontraron diferencias entre las rosetas en número total de lamelas y en cantidad de células goblet concentradas en la parte apical de las lamelas siendo más frecuente en la roseta inferior.Con referencia a la comparación transcriptómica (RNA-seq) de la roseta superior en machos maduros salvajes y de cultivo,hubo diferencias significativas en transcritos asociados a receptores olfativos y de reproducción mostrando claras diferencias en la funcionalidad de la roseta en lenguados de diferente origen.En referencia a la sensibilidad olfativa a la orina del lenguados maduros medida a través del EOG,se demostró que la orina es un potente estimulante olfativo en lenguados juveniles y adultos de cultivo y además el incremento de LH en plasma de los machos adultos utilizados en este estudio demostró que la orina juega un papel importante en la reproducción de dicha especie.En referencia a los estudios de dominancia en lenguados juveniles,se utilizaron 2 pruebas diádicas(alimentación y territorio) y una grupal extrajeron 3 parámetros de dominancia asociados a la alimentación,2 variables asociadas al territorio y 2 índices en el test grupal los cuales diferenciaron entre dominantes y subordinados.Además hubo dos transcritos relacionados con la neurogenesis y la neuroplasticidad que se expresaron diferencialmente entre dominantes y subordinados.Este estudio ha sido el primero en reportar la dominancia como comportamiento en esta especie, la cual podría ser relevante debido a la baja contribución parental durante la época de puesta.Así mismo,se determinaron 3 categorias de estilos de afrontamiento al estrés (proactivos,intermedios y reactivos) en lenguados juveniles.Se encontraron 4 transcritos asociados al metabolismo y comportamiento de alimentación que relacionó los prfiles de comportamiento con la expresión génica cerebral en lenguados juveniles siendo genes importantes a nivel biolígico y funcional. Conjuntamente estos avances fortalecen la importancia de estas líneas de investigación como áreas que pueden dar solución a la disfunción reproductiva pudiendo cerrar el ciclo de vida del lenguado en cautividad para hacer el cultivo sost
El llenguado Senegalès es una espècie de peix pla que està en constant creixement de producció dins de la industria de l'aqüicultura degut a la seua capacitat de supervivència i creixement en captivitat,a més de posseir un elevat preu al mercat.En canvi,un dels principals problemes d'expansió del cultiu d'aquesta espècie és la disfunció reproductiva associada al comportament que complica tancar el cicle de vida del llenguado en captivitat.La disfunció reproductiva s'observa als mascles de cultiu que no participen al seguici.Conseqüentment,la producció del llenguado Senegalès depèn dels mascles salvatges el qual es insostenible a llarg termini.Esta tesi té com objectiu principal entendre i buscar possibles solucions a aquest problema enfocant-se en diferents aspectes relacionats amb la reproducció i el sistema olfactiu.Primer es realitzà un anàlisi d'efecte de la presència de llenguados salvatges que es reprodueixen en el seguici i l'èxit reproductiu dels llenguados de cultiu que no es reprodueixen.Es formà 3 grups,un de cultiu (control) i 2 mescla (cultiu i salvatges).No s'obtingué posts fecundades del grup control,en canvi si s'obtingueren dels grups mescla,veient un augment de participació dels mascles de cultiu per primera volta,on un mascle de cultiu va fertilitzar 2 postes.Aquests resultats suggereixen un procés d'aprenentatge del seguici per part dels mascles de cultiu.Amb l'anàlisi de l'olfacte,primer es realitzà una descripció i comparació estructural histològica de ambdues rosetes olfactives de 2 grups de llenguados juvenils dels dos orígens.No es trobà diferències en l'estructura tissular,tipus de cèl·lules i distribució entre llenguados de diferent origen,en canvi,es trobà diferències entre rosetes en nombre total de lamel·les i quantitat de cèl·lules goblet concentrades a la part apical de la lamel·la més freqüents a la roseta inferior.En referència a la comparació transcriptómica (RNA-seq) de la roseta superior en mascles madurs salvatges i de cultiu,es trobà diferències en transcrits associats a receptors olfactius i de reproducció mostrant clares diferències en la funcionalitat de la roseta en llenguados de diferent origen.En referència a la sensibilitat olfactiva de l'orina de llenguados madurs mesurada amb EOG,es demostrà que l'orina es un potent estimulant olfactiu en llenguados juvenils i adults de cultiu i l'increment de LH en sang dels mascles adults utilitzats en aquest estudi demostrà que l'orina juga un paper important en la reproducció d'aquesta espècie.En referència als estudis de dominància de llenguados juvenils utilitzant 2 probes diàdiques (alimentació i territori) i 1 grupal,van extraure 3 paràmetres de dominància associats a l'alimentació,2 variables associades amb el territori i 2 índex en el test grupal els quals diferencià entre dominants i subordinats.Aquest etudi ha sigut el primer en reportar la dominància com a comportament en aquesta espècie,la qual podria ser important degut a la baixa participació parental durant l'època de posta.Així mateix,es determinà 3 categories d'estil d'afrontament a l'estrès (proactius,entremitjos i reactius) en llenguados juvenils.Es van trobar 4 transcrits associats al metabolisme i comportament d'alimentació sent tots ells gens d'importància biològica i funcional que s'expressaren diferencialment entre perfils de comportament.Conjuntament aquests avanços enforteixen la importància d'aquestes línies d'investigació com àrees que puguin donar solució a la disfunció reproductiva podent tancar el cicle de vida del llenguado en captivitat per a fer la producció d'aquesta espècie sostenible en l'industria de l'aqüicultura.
Fatsini Fernández, E. (2017). Reproduction, olfaction and dominance behaviour in Senegalese sole (Solea senegalensis) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/81550
TESIS

Electronic noses combine an array of cross-selective gas sensors with a pattern recognition engine to identify odors. Pattern recognition of multivariate gas sensor response is usually performed using existing statistical and chemometric techniques. An alternative solution involves developing novel algorithms inspired by information processing in the biological olfactory system. The objective of this dissertation is to develop a neuromorphic architecture for pattern recognition for a chemosensor array inspired by key signal processing mechanisms in the olfactory system. Our approach can be summarized as follows. First, a high-dimensional odor signal is generated from a chemical sensor array. Three approaches have been proposed to generate this combinatorial and high dimensional odor signal: temperature-modulation of a metal-oxide chemoresistor, a large population of optical microbead sensors, and infrared spectroscopy. The resulting high-dimensional odor signals are subject to dimensionality reduction using a self-organizing model of chemotopic convergence. This convergence transforms the initial combinatorial high-dimensional code into an organized spatial pattern (i.e., an odor image), which decouples odor identity from intensity. Two lateral inhibitory circuits subsequently process the highly overlapping odor images obtained after convergence. The first shunting lateral inhibition circuits perform gain control enabling identification of the odorant across a wide range of concentration. This shunting lateral inhibition is followed by an additive lateral inhibition circuit with center-surround connections. These circuits improve contrast between odor images leading to more sparse and orthogonal patterns than the one available at the input. The sharpened odor image is stored in a neurodynamic model of a cortex. Finally, anti-Hebbian/ Hebbian inhibitory feedback from the cortical circuits to the contrast enhancement circuits performs mixture segmentation and weaker odor/background suppression, respectively. We validate the models using experimental datasets and show our results are consistent with recent neurobiological findings.

This thesis addresses key issues of scientific realism in the philosophy of biology and chemistry through investigation of an underexplored research domain: olfaction theory, or the science of smell. It also provides the first systematic overview of the development of olfactory practices and research into the molecular basis of odours across the 19th and 20th century. Historical and contemporary explanations and modelling techniques for understanding the material basis of odours are analysed with a specific focus on the entrenchment of technological process, research tradition and the definitions of materiality for understanding scientific advancement. The thesis seeks to make sense of the explanatory and problem solving strategies, different ways of reasoning and the construction of facts by drawing attention to the role and application of scientific representations in olfactory practices. Scientific representations such as models, classifications, maps, diagrams, lists etc. serve a variety of purposes that range from the stipulation of relevant properties and correlations of the research materials and the systematic formation of research questions, to the design of experiments that explore or test particular hypotheses. By examining a variety of modelling strategies in olfactory research, I elaborate on how I understand the relation between representations and the world and why this relation requires a pluralist perspective on scientific models, methods and practices. Through this work I will show how a plurality of representations does not pose a problem for realism about scientific entities and their theoretical contexts but, on the contrary, that this plurality serves as the most reliable grounding for a realistic interpretation of scientific representations of the world and the entities it contains. The thesis concludes that scientific judgement has to be understood through its disciplinary trajectory, and that scientific pluralism is a direct consequence of the historicity of scientific development.

L'objectif du travail de thèse était de mieux comprendre l'effet de l'expérience culturelle sur les mécanismes cognitifs de catégorisation des odeurs. Une étude interculturelle, menée auprès d'étudiants américains, français et vietnamiens, montre, dans une première partie, que les représentations mentales des odeurs seraient formées davantage sur la base de la fonction associée aux odeurs dans une culture donnée plutôt que sur des propriétés perceptives universelles. Une deuxième partie, s'inspirant de travaux sur d'autres catégories cognitives, indique que les catégories olfactives semblent être organisées selon un gradient de typicalité et que cette structure interne serait déterminée par des facteurs perceptifs comme la saillance. Ainsi, de part leur saillance, certaines odeurs joueraient le rôle de points d'ancrage universels dans l'organisation des catégories olfactives et d'autres, de part leur valeur culturelle, seraient les points d'ancrage spécifiques à une culture donnée
The aim of this dissertation work was to better understand the effect of cultural experience on the cognitive mechanisms of odor categorization. A first cross-cultural study carried out with American, French and Vietnamese students, shows that odor mental representations are formed more likely on the basis of the function associated to the odors in a given culture than on universal perceptual properties. A second cross-cultural study, based on work in other cognitive categories, indicates that olfactory categories seem to be organized according to a typicality gradient and that this internal structure could be determined by perceptual factors such as salience. Thus, due to their salience, some odors may play the role of universal anchors in the organisation of olfactory categories and others, due to their cultural value, may act as specific anchors of a given culture

Le paludisme est une maladie provoquée par un protozoaire du genre Plasmodium sp. qui est transmis lors de la piqure par des moustiques du genre Anopheles. Actuellement, le contrôle de la maladie repose essentiellement sur la lutte contre les vecteurs avec notamment l’utilisation d’insecticides en imprégnation sur les moustiquaires ou en aspersion sur les murs à l’intérieur des habitations. Dans certaines régions, l’efficacité des insecticides est menacée par des mécanismes de résistance aux insecticides qui se développent dans les populations de vecteurs. Alors, que les mécanismes de résistance physiologique font l’objet de nombreuses recherches et sont maintenant assez bien connus, les modifications comportementales qui peuvent également conférer ou participer à la résistance à ces outils de lutte sont encore très peu étudiées. L’objectif de cette thèse est donc d’apporter des éléments nouveaux pour la compréhension des interactions entre insecticides, mécanismes de résistance physiologique et comportement. Durant cette thèse, nous nous sommes concentrés sur les mutations de cible L1014F et G119S des gènes codant respectivement pour le canal sodium voltage dépendant et pour l’acétylcholinestérase conférant une résistance croisée aux pyréthrinoïdes et organochlorés pour la première et aux carbamates et organophosphorés pour la seconde. Nous avons étudié leur influence sur le comportement de recherche de l’hôte et le système olfactif périphérique en présence ou non d’insecticides. Nos résultats ont permis de mettre en évidence des interactions complexes entre les insecticides présents dans l’environnement et les gènes de résistance sur le système olfactif et sur le comportement. Ces informations sont cruciales pour l’étude de l’impact de ces interactions sur l’efficacité des stratégies mis en place pour lutter contre la transmission du paludisme
Malaria is caused by a protozoan belonging to the genus Plasmodium sp. transmitted to humans by Anopheles mosquitoes. Malaria control mainly relies on vector control strategies such as insecticide-treated bed nets or insecticide residual sprayings. In some areas, the effectiveness of insecticides is threatened by insecticide resistance mechanisms spreading in vector populations. Physiological resistance mechanisms have been deeply investigated whereas behavioural modulations conferring or involved in resistance have been overlooked. The objective of this thesis is to provide new insights to better understand the interactions between insecticide, physiological-resistance mechanisms and behaviour. In this thesis we focused on target-site mutations L1014F and G119S on genes respectively coding for voltage gated sodium channel and acetyl-cholinesterase conferring crossed resistance to organochlorides and pyrethroids for the former and crossed resistance to organophosphates and carbamates for the latter. We studied their impact on the host seeking behaviour and the peripheral olfactory system in the presence or absence of insecticides. Our results highlight the complex interactions between insecticides in environment and resistance mechanism on the olfactory system and on behaviour. That could lead to a better resistance management and an improvement in the use of insecticides. This knowledge is essential in order to decipher with the impact of such interactions of the efficacy of vector control tools scaled up to fight against malaria

The computer graphics industry is constantly demanding more realistic images and animations. However, producing such high quality scenes can take a long time, even days, if rendering on a single PC. One of the approaches that can be used to speed up rendering times is Visual Perception, which exploits the limitations of the Human Visual System, since the viewers of the results will be humans. Although there is an increasing body of research into how haptics and sound may affect a viewer's perception in a virtual environment, the in uence of smell has been largely ignored. The aim of this thesis is to address this gap and make smell an integral part of multi-modal virtual environments. In this work, we have performed four major experiments, with a total of 840 participants. In the experiments we used still images and animations, related and unrelated smells and finally, a multi-modal environment was considered with smell, sound and temperature. Beside this, we also investigated how long it takes for an average person to adapt to smell and what affect there may be when performing a task in the presence of a smell. The results of this thesis clearly show that a smell present in the environment firstly affects the perception of object quality within a rendered image, and secondly, enables parts of the scene or the whole animation to be selectively rendered in high quality while the rest can be rendered in a lower quality without the viewer noticing the drop in quality. Such selective rendering in the presence of smell results in significant computational performance gains without any loss in the quality of the image or animations perceived by a viewer.

La stimulation electrique d'un rameau donne du nerf olfactif suscite des reponses de forme et d'amplitude comparables dans les bulbes olfactifs ipsi- et contralateral. La reponse contralaterale est engendree in situ et elle est transmise par les axones des neurorecepteurs a travers l'adherence bulbaire. Les dendrites des cellules mitrales contralaterales franchissent l'adherence bulbaire. Chaque bulbe beneficie des signaux issus d'une meme source unilaterale. L'arrangement des neurorecepteurs selon les axes medio-lateral et dorso-ventral se trouve transpose sur les axes homologues du bulbe ipsilateral, alors que la repartition des neurorecepteurs le long de l'axe antero-posterieur n'est pas reproduite. L'arrangement des projections contralaterales est diffus et mal ordonne. La stimulation electrique du nerf vomeronasal engendre dans le bulbe olfactif accessoire une reponse comparable a celle du nerf olfactif dans le bulbe olfactif principal. Il n'y a aucune projection du nerf vomeronasal sur le bulbe principal et du nerf olfactif sur le bulbe accessoire. Une stimulation electrique bilaterale de meme intensite et decalee dans le temps, de deux filets homologues du nerf olfactif entraine la diminution de la reponse des cellules mitrales du cote stimule le dernier. Cette inhibition est maximale pour un decalage temporel de 25 ms. A 25 ms de decalage, cette inhibition decroit avec la diminution de l'intensite de la stimulation appliquee la premiere. Il existe chez la grenouille une inhibition reciproque qui pourrait rendre compte de l'orientation de l'animal vers une source odorante

L'olfaction est un sens clé dans l'adaptation du comportement. Pour permettre des actions appropriées le système olfactif doit effectuer des discriminations fines entre stimuli. Les performances de discrimination peuvent être améliorées via l'apprentissage perceptif et une structure cérébrale clé : le bulbe olfactif. Cette structure est cible d'une forme de plasticité particulière qui est la neurogenèse adulte. C'est là que des nouveaux neurones, majoritairement des cellules granulaires, régulent l'activité des cellules relais. Il a été montré que ces neurones sont requis pour un apprentissage perceptif.La question centrale de cette thèse est d'élucider le rôle et la spécificité des nouveaux neurones dans l'apprentissage olfactif complexe et changeant.Nous avons d'abord étudié l'effet d'un apprentissage perceptif complexe sur la neurogenèse adulte. Cette étude à démontré la nécessité et suffisance des nouveaux neurones dans l'apprentissage perceptif simple. Elle a aussi montré que lorsque l'apprentissage devient complexe, un réseau plus large est recruté, requérant les neurones préexistant.L'environnement olfactif est aussi changeant. Dans une seconde étude nous avons investigué comment la mémoire olfactive est altérée par nouvelle mémoire et le rôle de la neurogenèse adulte dans ce processus. Elle a montré le rôle des nouveaux neurones à sous tendre la mémoire olfactive et l'importance du délai entre apprentissages dans la stabilisation mnésique.Finalement, le recours aux neurosciences computationnelles a eu pour but de définir le rôle des nouveaux neurones granulaire au niveau du premier niveau de transformation de l'information et comment le raffinement des représentations sensorielles émerge par décorrelation.Pour conclure, la perception olfactive est changeante en fonction des modifications environnementales et cette plasticité est sous tendu par une plasticité du circuit du bulbe olfactif, due en grande partie à la neurogenèse adulte
Olfaction is a key player in behavioral adaptation. To perform tasks accurately, the olfactory system has to perform fine discrimination between very close stimuli. The discrimination performances can be enhanced through perceptual learning and a key cerebral structure in this is the olfactory bulb. This structure is the target of a specific form of plasticity that is adult neurogenesis. In this structure, adult-born neurons differentiate mostly in granule cells that regulate the activity of the relay cells. It has previously been shown that these neurons are required to perform perceptual learning. The central question of this thesis work is to elucidate both the role and the specificity of adult born neurons during complex or changing olfactory learning.We first studied the effect of complex perceptual learning on adult neurogenesis. This study demonstrated the necessity and sufficiency of adult-born neurons for simple olfactory learning. It also showed that when learning becomes complex, a larger neural network is involved requiring preexisting neurons.The olfactory environment is also changing. In a second study we investigated how the memory of an olfactory information is altered by the acquisition of a new one and what is the role of adult neurogenesis in this process. This second study highlighted the role of adult-born neurons in underlying olfactory memory and the importance of delay between learning for memory stabilization.Lastly, an approach relying on computational neurosciences aimed at outlining a computational framework explaining the role of adult-born granule cells in early olfactory transformations and how sharpened sensory representations emerge from decorrelation.To conclude, olfactory perception is changing according to environmental modifications and this plasticity is underlain by an important plasticity of the olfactory bulb circuitry due in large part to adult neurogenesis

Les neuroblastomes olfactifs (NBOs) sont des tumeurs rares de la base du crâne. Les outils de classification de ces tumeurs sont insuffisants, il n’existe notamment aucune classification moléculaire des NBO. La biologie de ses tumeurs est mal connue. Nos travaux se sont appuyés sur l’analyse des exomes, du transcriptome, du méthylome et des caractéristiques histopathologiques et immunitaires d’une série de 59 NBOs bien annotés cliniquement. Nous avons mis en évidence l’existence de 2 sous-types de NBO présentant un profil d’expression et un profil anatomo-clinique différent. Le type neural, correspond à une tumeur bien différenciée, peu agressive, présentant des caractéristiques plutôt neuronales et partageant des caractéristiques phénotypiques avec les progéniteurs directs de neurones olfactifs. Le type basal correspond à une tumeur moins différenciée, plus agressive, ayant des caractéristiques plutôt embryonnaires, partageant des caractéristiques phénotypiques avec les cellules basales de renouvellement de l’épithélium olfactif. Nous avons mis en évidence que la charge mutationnelle était plus élevée dans le type basal, avec notamment des mutations IDH2 R172 récurrentes, associées à un phénotype CpG Island Methylator (CIMP). Nous avons également montré que les NBOs de type basal étaient infiltrés par un nombre plus important de lymphocytes T avec, dans certaines tumeurs, une expression plus marquée de checkpoints immunitaires et de facteurs immunosuppresseurs. Ce travail ouvre la perspective d’une classification moléculaire permettant de mieux stratifier les patients et ouvre également le champ de nouvelles stratégies thérapeutiques dans ces tumeurs rares
Olfactory neuroblastomas (ONBs) are rare tumors arising in the skull base. Classification tools are poor, notably; no molecular classification of ONB has been reported. Literature data about their cell of origin, the existence of molecular therapeutic targets or their immune environment being scarce, the biology of these tumors is still poorly understood. Our work was based on exome, transcriptome and methylome analysis, but also on histopathological and immune characteristics of a series of 59 clinically well annotated ONBs. We highlighted 2 sub-types of ONB showing different expression and clinicopathologic patterns. The neural type is a well differentiated, poorly aggressive tumor which shows neurons characteristics and shares phenotypic similarities with olfactory neuron progenitors. The basal type is a less differentiated tumor, displaying an aggressive phenotype, with embryonic phenotypical characteristics, which shares similarities with basal renewing cells of the olfactory epithelium. We showed that the mutational load was higher in basal tumors, with notably recurrent IDH2 R172 mutations associated with a CpG Island Methylator Phenotype (CIMP). We also showed that basal type ONBs were infiltrated by a greater number of T cells with, in some cases, a higher expression of immune checkpoints and immunosuppressive factors. This work paves the way towards a new molecular classification which will allow a better stratification of patients and will open the field of new therapeutic strategies for this rare tumor

Tous les organismes vivants sont entourés de fluides, air ou eau, qui créent des paysages sensoriels uniques. Par exemple, les signaux chimiques se dispersent dans le fluide par diffusion et advection et lorsque l'écoulement est turbulent, la concentration d'odeurs se décompose en filaments et en taches discrètes d'intensité variable. Dans ma thèse, je me suis concentré sur la navigation olfactive dans des environnements turbulents et j'ai cherché de comprendre comment les organismes surmontent les incertitudes pour prendre des décisions. J'ai développé des simulations numériques (DNS) tridimensionnelles d'un écoulement turbulent dans un canal afin de recréer un environnement réaliste pour la recherche olfactive. J'ai réalisé ces simulations en personnalisant un open-source software appelé Nek5000, qui résout les équations de Navier-Stokes pour le champ de vitesse et l'équation d'advection-diffusion, qui régule l'évolution de l'odeur (scalaire passif) dans un fluide. Après avoir généré de grands ensembles de données de dynamique des fluides sur l'évolution des odeurs dans un canal, j'ai analysé quelles caractéristiques du signal olfactif sont les plus pertinentes pour localiser la source de l'odeur. Étonnamment, non seulement le signal, mais aussi son absence peut être informative pour déduire la distance de la source de l'odeur. En utilisant des algorithmes de Reinforcment Learning, j'ai montré que l'intensité de la concentration d'odeur est une mesure informative, mais que la dynamique temporelle du signal permet des prédictions robustes dans différentes conditions et à différentes distances de la source. Ces résultats théoriques suggèrent qu'il est avantageux sur le plan informatique de mesurer à la fois l'intensité et la dynamique de l'odeur. J'ai analysé un ensemble d'enregistrements neuronaux de souris éveillées, démontrant qu'elles sont bien capables de stocker les deux quantités, et que la représentation neuronale dépend du flux sous-jacent. J'ai alors considéré le problème de la navigation jusqu'à la source de l'odeur turbulente. Bien que les animaux (par exemple les papillons de nuit et les crustacés) effectuent cette tâche de manière robuste, les algorithmes qu'ils utilisent ne sont pas compris. J'ai modélisé la navigation olfactive en utilisant le cadre des Partially Observable Markov Decision Processes (POMDP) et j'ai proposé une théorie normative pour expliquer l'alternance entre renifler dans l'air et renifler le sol, typique des mammifères comme les rongeurs et les chiens. L'alternance découle de la physique des fluides, prescrivant que l'odeur près du sol est plus continue que dans l'air, mais reste relativement proche de la source. En revanche, au niveau du nez, l'odeur est transportée rapidement loin de la source, mais est plus bruyante et intermittente. Un agent recherchant la source de l'odeur doit donc renifler l'air lorsqu'il est loin de la source pour augmenter ses chances de détecter l'odeur. Une fois que l'agent a localisé le panache d'odeur, il doit continuer la recherche en reniflant le sol où la piste est moins intermittente. Le moment exact de l'alternance découle de la Marginal Value Theory. Enfin, le comportement communément observé chez les organismes recherchant une source d'odeur, procédant en cast et surge émerge spontanément de ce cadre computationnel
All living organisms are surrounded by fluids, either air or water, which create unique sensory landscapes. For example, chemical signals disperse in the flow by diffusion and advection and when the flow is turbulent odor concentration breaks up in filaments and discrete patches of varying intensity. In my thesis I focused on olfactory navigation in turbulent environments and I aimed at understanding how organisms overcome uncertainties to make decisions. I developed three-dimensional direct numerical simulation of a turbulent channel flow to recreate a realistic environment for olfactory search. I realized these state of the art simulations by customizing an open software called Nek5000, which solves the Navier-Stokes equations for the velocity field and the advection-diffusion equation, which regulates the evolution of the odor (passive scalar) in a fluid. After generating large fluid dynamics datasets of odorant evolution in a channel, I analyzed which features of the olfactory signal are more relevant to locate the odor source. Surprisingly, not only the signal, but also its absence can be informative to infer the distance from the odor source. Using supervised learning algorithms I showed that the intensity of odor concentration is an informative measure, but that the temporal dynamics of the signal allow robust predictions in different conditions and at different ranges from the source. These theoretical results suggest that it is computationally advantageous to measure both odor intensity and timing. I analyzed a set of neural recording from awake mice, demonstrating that they are indeed able to store both quantities, and that the neural representation depends on the underlying flow. I then considered the problem of navigating to the source of the turbulent odor. Although animals (for example moths and crustaceans) robustly perform this task, the algorithms they use are not understood. I modeled olfactory navigation using the framework of Partially Observable Markov Decision Processes (POMDP) and I proposed a normative theory to explain the alternation between sniffing in the air and sniffing the ground, typical of mammals like rodents and dogs. Alternation stems from the physics of fluids, prescribing that odor near the ground is more continuous than up in the air, but remains relatively close to the source. In contrast, at nose level the odor is transported quickly away from the source, but is more noisy and intermittent. An agent searching for the odor source should thus sniff in the air when it is far from the source to increase its chances of detecting the odor. Once the agent localizes the odor plume, it should continue the search sniffing the ground where the trail is less intermittent. The exact timing for alternation stems from marginal value theory. Finally, the commonly observed behavior of searchers proceeding in casts and surges emerges from this computational framework, and alternation naturally complements this dynamics to ensure optimal exploration

Ce travail a été réalisé dans le cadre d'un contrat CIFRE passé avec la société Prodasynth située à Grasse, et concerne le développement de synthèses industriellement viables de diverses molécules à propriétés odorantes. Tout d'abord, nous avons synthétisé l'alcool de feuille, un des produits de base de la chimie des fragrances. Nous avons testé plusieurs voies de synthèses, des plus classiques (chimie acétylénique) au plus innovantes (réaction de Wenkert, réaction de Diels-Alder catalysée par les acides de Lewis). Finalement, nous avons atteint notre objectif en améliorant la synthèse de Sondheimer, le produit souhaité a été obtenu en deux étapes avec 68% de rendement. Nous nous sommes ensuite intéressés à la synthèse du safranal, principe odorant du safran. En améliorant la synthèse déjà utilisée par Prodasynth. Nous avons mis au point la cyclisalion du géranonitile catalysée par l'acide orthophosphorique. Nous avons également montré que cette cyclisation pouvait s'effectuer avec un acide supporté sur une résine (Purolite(tm)). Nous avons aussi mis au point la deshydrohromation dans le DMF en présence de carbonate de lithium d'un récurseur brome du safranitrile. .
This work has been made within the framework of a CIFRE contract with Prodasynth society (Grasse) and concerns the development of industrially viable synthesis of the basic products of the fragrance cnemistry. We tested several synthesis, from the most classical ones (acetylenic chemistry) to the most innovatives (Wenkert reaction. Lewis acids catalysed Diels-Alder reaction). Finally, we reached our goal by improving the synthesis of Sondheimer, we obtained the desired product in 2 steps with 68 % yield. We were then interested in the synthesis of safranal, the odorant principle of saffron, by improving the synthesis already used by Prodasynth. We settled the cyclisation of geranonitrile catalysed by the orthophosphoric acid. We also demonstrated that this cyclisation could be achieved with a resin supported acid (Purolite(tm)). We settled the dehydrobromation in DMF of a brominated precursor of safranitrile in the presence of lithium carbonate. We have shown then that lithium carbonate was not necessary and that the DMF could act as a base. .

Cette recherche se propose d'explorer les ambiances olfactives dans l'espace construit, de façon à se donner des moyens pour en tenir compte dans la conception architecturale. Il s'agit de mieux comprendre les modes d'apparition, de transition ou de disparition de l'odeur dans l'espace, si possible dans leurs rapports à des dispositifs techniques et/ ou spatiaux. La démarche de conception du bâti implique une anticipation des ambiances des futurs espaces. Après une première exploration des propriétés essentielles de l'espace olfactif humain, une enquête (de type sociologique) a permis de dégager certaines propriétés de l'interprétation olfactive située, qui apparaît le plus souvent comme la résultante d'une combinaison de facteurs physico-chimiques, physiologiques et socioculturels. Le paradigme d'effet odorant, proposé à la suite de cette enquête, est un outil de description, voire de conception de cette combinaison dans de nombreuses situations. Une enquête de terrain a ensuite permis d'approfondir ces premières inférences, en les confrontant à la réalité olfactive et matérielle d'un site précis. Pour analyser l'environnement odorant il a été nécessaire d'adapter une méthode pluridisciplinaire jusque là utilisée pour aborder d'autres modalités sensorielles. Cette méthode dite " des parcours commentés " est basée sur la confrontation des descriptions d'ambiances de passants, enregistrés in situ, lors de trajets dans le lieu étudié, couplés avec des relevés métrologiques et ethnographiques. Pour l'adapter à l'approche des ambiances olfactives, il a entre autres fallu faire appel à un jury d'évaluateurs formés dans le cadre de ce travail pour décrire l'odeur de façon " normalisée " (à travers un référentiel de 45 molécules odorantes). Une synthèse de l'ensemble des analyses et données recueillies permet de pointer certaines interactions entre le bâti (ses particularités spatiales et techniques), les odeurs et les interprétations des usagers. Ces configurations olfactives peuvent être considérées comme des modèles pour une prise en compte de l'odeur dans la conception architecturale et urbaine.

De nombreux comportements assurant la survie des insectes dépendent de l’olfaction. Comprendre comment les polluants peuvent modifier cette modalité sensorielle chez des espèces cibles (ravageurs…) et non-cibles (pollinisateurs…) et quels sont les moyens de réponse dont dispose le système olfactif est donc crucial. J’ai étudié l’impact du cadmium à doses sublétales sur l’olfaction du lépidoptère ravageur modèle Spodoptera littoralis. Sa distribution dans l’organisme, dont les antennes, a été établie puis son impact sur les capacités olfactives des chenilles et des adultes a été analysé par analyse comportementale et électrophysiologique. J’ai montré une diminution de la détection phéromonale chez les adultes mâles et du comportement attractif des chenilles vers une source de nourriture.J’ai caractérisé diverses enzymes de détoxification et protéines de choc thermique antennaires comme biomarqueurs potentiels aux polluants et révélé ainsi une diversité insoupçonnée de ces protéines dans l’antenne. Ces acteurs pourraient être impliqués dans le maintien du fonctionnement du système olfactif en participant à la clearance des xénobiotiques. Parallèlement, j’ai participé à l’étude des effets de la deltaméthrine sur l’olfaction et montré que l’application topique antennaire de doses sublétales de cet insecticide a un impact sur le système olfactif des mâles, et ce du gène au comportement.L’ensemble de nos données montrent que l’organe olfactif bien que très spécialisé, est un organe capable de développer une réponse complexe lors d’un stress xénobiotique
Many behaviors ensuring the survival of insects depend on olfaction. Understanding how pollutants may alter this sensory modality in target (pests…) and non-targets (pollinators…) species and how the olfactory system could respond to this stress is therefore crucial. I have first studied the impact of sublethal doses of cadmium on olfaction in Spodoptera littoralis, a pest moth model. Cadmium distribution through the insect body, including antennae, has been established and its effect on the olfactory abilities of caterpillars and adults was analyzed by behavioral and electrophysiological approaches. I have showed both a decrease in pheromone detection in adult males and in the attractive behavior of caterpillars to a food source. Moreover, I have characterized various detoxification enzymes and heat shock proteins as potential antennal biomarkers for pollutant exposure and thus revealed an unsuspected diversity of these proteins in the antenna. These actors could be involved in maintaining the functioning of the olfactory system by participating in the clearance of xenobiotics. Meanwhile, I have participated in a study on the effects of deltamethrin on olfaction and showed that topical application of sublethal doses of this insecticide on antenna has an impact on the olfactory system of males, an approach from the gene to the behavior. All our data showed that although highly specialized, the olfactory organ is able to develop a complex response when challenged by a xenobiotic stress

Les mécanismes précis à l’origine de la dépression ne sont pas encore élucidés. L’avènement des techniques de neuro-imagerie fonctionnelle telle que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) fournit un outil puissant permettant non seulement de définir les circuits neurobiologiques perturbés dans la dépression, mais aussi de mieux comprendre la contribution de chaque région. Les objectifs de ce travail ont consisté à mettre en évidence : (i) les clusters neuronaux impliqués dans l’évaluation hédonique d’un odorat, (ii) les anomalies cérébrales fonctionnelles sous-tendant les déficits olfactifs dans l’épisode de dépression caractérisée (EDC) et (iii) les modulations de ces anomalies suite à un traitement d’antidépresseur. Trente-huit patients dépressifs et trente sujets sains ont été sélectionnés pour réaliser un examen de fMRI comprenant trois tâches olfactives, les trois odeurs sont la menthe crépue (odeur agréable), bois de santal (odeur neutre) et le lie de vin (odeur désagréable). D’après notre étude nous avons conclu que les patients déprimés présentent des anomalies de fonctionnement dans le thalamus qui peut être considéré un marqueur efficace pour le pronostic de la dépression. De plus, la fMRI constitue un bon outil pour juger de l’efficacité du traitement antidépresseur
The precise mechanisms at the origin of the depression are not yet elucidated. The advent of functional neuroimaging techniques such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) has provided a powerful tool not only for defining the neurobiological circuits disturbed in depression, but also for better understanding the contribution of each region. The objectives of this work were to highlight: (i) the clusters involved in the hedonic evaluation of the smell (ii) the functional brain abnormalities underlying the olfactory deficits in the major depressive episode (MDE) and (iii) the modulations of these abnormalities following antidepressant treatment. Thirty-eight depressive patients and thirty healthy subjects were selected to perform a fMRI examination with three tasks: recognizing three smells which are the spearmint, sandalwood and wine lees. Based on our study, we can conclude that depressed patients have functional abnormalities in the thalamus, this region may be considered as a good marker for the prognosis of depression. In addition, fMRI could be a good tool to evaluate the treatment performance of antidepressant treatment