Contribution du cortex pariétal postérieur au contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat

La vision fournit des informations essentielles sur la surface de marche, ainsi que sur la taille, la forme et la position d’obstacles potentiels dans notre environnement. Dans le cas d’un prédateur, la vision fournit également des informations sur la vitesse d’une proie potentielle. Les mécanismes neuronaux impliqués dans l’exécution des modifications de la marche sous guidage visuel sont relativement bien connus, mais ceux impliqués dans la planification de ces modifications de la marche sont peu étudiés. Le cortex pariétal postérieur (CPP) semble être un candidat approprié si l’on considère les propriétés du CPP lors des mouvements d’atteinte vers une cible. Le but des présents travaux est de déterminer la contribution du CPP au contrôle de la locomotion sous guidage visuel. La première étude présentée dans cette thèse a pour hypothèse que le CPP du chat est impliqué dans la planification du placement précis du pied lors des modifications volontaires de la marche. Nous avons entraîné les animaux à enjamber des obstacles en mouvement attachés à la ceinture d’un tapis roulant. Afin d’augmenter la nécessité d’intégrer les informations visuelles et proprioceptives, nous avons dissocié la vitesse des obstacles de celle du tapis roulant. Nous avons observé que plus la vision devient critique pour la tâche, plus les déficits sont importants. Notre analyse démontre que ceux-ci résultent d’un placement inapproprié du pied dans le cycle de marche précédant l’enjambement de l’obstacle. Ceci suggère que le CPP est impliqué dans la planification du placement précis du pied pendant la locomotion sous guidage visuel. La vision directe est disponible lors de la modification de l’activité des membres antérieurs, mais n’est plus disponible lorsque l’obstacle passe sous le corps. Par conséquent, la modification de l’activité des membres postérieurs doit être basée sur l’information gardée en mémoire et coordonnée avec celle des membres antérieurs. Notre deuxième étude a pour but de caractériser les mécanismes neuronaux responsables de cette coordination. Nous avons proposé que le CPP soit impliqué dans la coordination des membres antérieurs et postérieurs lors de l’enjambement d’obstacles. Pour tester cette hypothèse, nous avons enregistré l’activité de neurones de l’aire 5 pendant la même tâche. Nous avons découvert deux populations: une qui décharge lors du passage de l’obstacle entre les membres antérieurs et postérieurs et une autre qui décharge lors du passage de l’obstacle par les membres postérieurs. Dans la tâche de dissociation visuelle, la décharge est modifiée en fonction du temps de passage de l’obstacle sous le corps et reflète la modification du couplage entre les membres lors du changement dans la stratégie d’enjambement. De plus, ces mêmes neurones maintiennent une décharge soutenue lorsqu’un obstacle fixe se trouve entre les membres antérieurs et postérieurs ou les deux membres postérieurs (limite testée : 1-2min). Ces neurones pourraient être responsables de l’emmagasinage à plus long terme des caractéristiques d’un obstacle pour le guidage des mouvements des membres postérieurs. Nos résultats suggèrent que le CPP est impliqué dans l’intégration des informations visuelles et proprioceptives pour la planification du placement précis du pied devant un obstacle. Le patron de décharge de nos populations neuronales suggère qu’il encode également l’information temporelle et spatiale concernant la vitesse et la position de l’obstacle afin de coordonner l’activité des quatre membres pendant la tâche. Finalement, nous proposons qu’une des fonctions du CPP soit d’estimer la position des membres par rapport à l’obstacle en mouvement.

Rôle du cortex pariétal postérieur dans le processus d'intégration visuomotrice - connexions anatomiques avec le cortex moteur et activité cellulaire lors de la locomotion chez le chat

La progression d’un individu au travers d’un environnement diversifié dépend des informations visuelles qui lui permettent d’évaluer la taille, la forme ou même la distance et le temps de contact avec les obstacles dans son chemin. Il peut ainsi planifier en avance les modifications nécessaires de son patron locomoteur afin d’éviter ou enjamber ces entraves. Ce concept est aussi applicable lorsque le sujet doit atteindre une cible, comme un prédateur tentant d’attraper sa proie en pleine course. Les structures neurales impliquées dans la genèse des modifications volontaires de mouvements locomoteurs ont été largement étudiées, mais relativement peu d’information est présentement disponible sur les processus intégrant l’information visuelle afin de planifier ces mouvements. De nombreux travaux chez le primate suggèrent que le cortex pariétal postérieur (CPP) semble jouer un rôle important dans la préparation et l’exécution de mouvements d’atteinte visuellement guidés. Dans cette thèse, nous avons investigué la proposition que le CPP participe similairement dans la planification et le contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat. Dans notre première étude, nous avons examiné l’étendue des connexions cortico-corticales entre le CPP et les aires motrices plus frontales, particulièrement le cortex moteur, à l’aide d’injections de traceurs fluorescents rétrogrades. Nous avons cartographié la surface du cortex moteur de chats anesthésiés afin d’identifier les représentations somatotopiques distales et proximales du membre antérieur dans la partie rostrale du cortex moteur, la représentation du membre antérieur située dans la partie caudale de l’aire motrice, et enfin la représentation du membre postérieur. L’injection de différents traceurs rétrogrades dans deux régions motrices sélectionnées par chat nous a permis de visualiser la densité des projections divergentes et convergentes pariétales, dirigées vers ces sites moteurs. Notre analyse a révélé une organisation topographique distincte de connexions du CPP avec toutes les régions motrices identifiées. En particulier, nous avons noté que la représentation caudale du membre antérieur reçoit majoritairement des projections du côté rostral du sillon pariétal, tandis que la partie caudale du CPP projette fortement vers la représentation rostrale du membre antérieur. Cette dernière observation est particulièrement intéressante, parce que le côté caudal du sillon pariétal reçoit de nombreux inputs visuels et sa cible principale, la région motrice rostrale, est bien connue pour être impliquée dans les fonctions motrices volontaires. Ainsi, cette étude anatomique suggère que le CPP, au travers de connexions étendues avec les différentes régions somatotopiques du cortex moteur, pourrait participer à l’élaboration d’un substrat neural idéal pour des processus tels que la coordination inter-membre, intra-membre et aussi la modulation de mouvements volontaires sous guidage visuel. Notre deuxième étude a testé l’hypothèse que le CPP participe dans la modulation et la planification de la locomotion visuellement guidée chez le chat. En nous référant à la cartographie corticale obtenue dans nos travaux anatomiques, nous avons enregistré l’activité de neurones pariétaux, situés dans les portions des aires 5a et 5b qui ont de fortes connexions avec les régions motrices impliquées dans les mouvements de la patte antérieure. Ces enregistrements ont été effectués pendant une tâche de locomotion qui requiert l’enjambement d’obstacles de différentes tailles. En dissociant la vitesse des obstacles de celle du tapis sur lequel le chat marche, notre protocole expérimental nous a aussi permit de mettre plus d’emphase sur l’importance de l’information visuelle et de la séparer de l’influx proprioceptif généré pendant la locomotion. Nos enregistrements ont révélé deux groupes de cellules pariétales activées en relation avec l’enjambement de l’obstacle: une population, principalement située dans l’aire 5a, qui décharge seulement pendant le passage du membre au dessus del’entrave (cellules spécifiques au mouvement) et une autre, surtout localisée dans l’aire 5b, qui est activée au moins un cycle de marche avant l’enjambement (cellules anticipatrices). De plus, nous avons observé que l’activité de ces groupes neuronaux, particulièrement les cellules anticipatrices, était amplifiée lorsque la vitesse des obstacles était dissociée de celle du tapis roulant, démontrant l’importance grandissante de la vision lorsque la tâche devient plus difficile. Enfin, un grand nombre des cellules activées spécifiquement pendant l’enjambement démontraient une corrélation soutenue de leur activité avec le membre controlatéral, même s’il ne menait pas dans le mouvement (cellules unilatérales). Inversement, nous avons noté que la majorité des cellules anticipatrices avaient plutôt tendance à maintenir leur décharge en phase avec l’activité musculaire du premier membre à enjamber l’obstacle, indépendamment de sa position par rapport au site d’enregistrement (cellules bilatérales). Nous suggérons que cette disparité additionnelle démontre une fonction diversifiée de l’activité du CPP. Par exemple, les cellules unilatérales pourraient moduler le mouvement du membre controlatéral au-dessus de l’obstacle, qu’il mène ou suive dans l’ordre d’enjambement, tandis que les neurones bilatéraux sembleraient plutôt spécifier le type de mouvement volontaire requis pour éviter l’entrave. Ensembles, nos observations indiquent que le CPP a le potentiel de moduler l’activité des centres moteurs au travers de réseaux corticaux étendus et contribue à différents aspects de la locomotion sous guidage visuel, notamment l’initiation et l’ajustement de mouvements volontaires des membres antérieurs, mais aussi la planification de ces actions afin d’adapter la progression de l’individu au travers d’un environnement complexe.

Effet de la température sur les interactions trophiques et intraguildes au sein d’un système plante-herbivore-ennemis naturels : modélisation et approches expérimentales

Doctorat réalisé en cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université Paul Sabatier-Toulouse III

Développement d’un modèle centré sur l’individu des déplacements du caribou, du loup et de l’orignal, et de leurs interactions, en forêt boréale aménagée

Le caribou forestier est une espèce menacée au Canada, la principale hypothèse au déclin des populations étant l’intensification de la prédation provoquée par les perturbations anthropiques du paysage. Afin de faire face à cette situation, il est nécessaire d’étudier et comprendre l’impact de l’environnement sur les interactions prédateur-proies entre le caribou et le loup, ainsi qu’avec l’orignal, qui est sa principale proie alternative. Pour cela, cette thèse présente la conception d’un modèle centré sur l’individu des déplacements de ces trois espèces en fonction de leur environnement, dont résulteront les interactions prédateur-proies. Afin de permettre l’application de ce modèle sur de longues périodes, et donc pour un environnement changeant, une méthodologie a été développée, qui s’articule atour de deux aspects principaux. Tout d’abord, la notion de niveaux d’émergence est introduite, permettant d’ordonner les comportements observables du système selon leurs interdépendances, afin de choisir comme trait du modèle un com- portement correspondant au domaine d’applicabilité visé. Ordonner les comportements selon leurs niveaux d’émergence permet également d’identifier la redondance entre les patrons, qui peut être à l’origine d’un phénomène de sur-apprentissage lorsqu’ils sont utilisés lors de la calibration. Dans un second temps, un nouveau protocole pour la calibration et la validation du ou des traits choisis à l’aide des niveaux d’émergence, nommé réplication de système basé sur l’individu (Individual Based System Replication - IBSRtion) est également présenté. Ce protocole met l’emphase sur la modélisation directe, contrairement au principal protocole existant, la modélisation orientée patrons (Pattern Oriented Modelling - POM), et permet une approche empirique en générant artificiellement des données non disponibles ou ne pouvant être récoltées par des études de terrains. IBSRtion a également l’avantage de pouvoir être intégrée dans POM, afin de contribuer à la création d’une méthodologie universelle pour la conception de modèles centrés sur l’individu. Le processus de conception de ce modèle aura entre autre permis de faire une synthèse des connaissances et d’identifier certaines lacunes. Une étude visant à palier le manque de connaissances satisfaisantes sur les réponses comportementales à court-terme des proies face au risque de prédation a notamment permis d’observer que celles-ci sont une combinaison de comportements chroniques et éphémères, et que les mécanismes qui en sont à l’origine sont complexes et non-linéaires. Le résultat de ce travail est un modèle complexe utilisant de nombreux sous-modèles, et calibré de façon empirique, applicable à une grande variété d’environnements. Ce modèle a permis de tester l’impact de l’enfeuillement sur les relations prédateur-proies. Des simulations ont été effectuées pour différentes quantités d’enfeuillement, suivant deux configurations spatiales différentes. Les résultats de simulation suggèrent que des plans d’aménagement considérant également l’habitat de l’orignal pourraient être bénéfiques pour le caribou forestier, car ils permettraient d’améliorer la ségrégation spatiale entre les deux espèces, et donc entre le caribou et le loup. En le couplant avec un module de naissances et de morts naturelles ainsi qu’un modèle d’évolution du paysage, ce modèle permettra par la suite d’évaluer l’impact de plans d’aménagement forestier sur la viabilité des populations de caribou forestier.

Communication et animalité : cartographie d'un commerce

Thèse réalisée en co-tutelle avec le Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris.

Évaluation de suppléments alimentaires pour deux espèces d’acariens prédateurs, Amblyseius swirskii et Neoseiulus cucumeris (Acari: Phytoseiidae) pour l’optimisation du contrôle biologique du thrips des petits fruits (Frankliniella occidentalis) en serriculture

Projet réalisé en cotutelle avec Jacques Brodeur et Les Shipp

Studies on food and feeding of marine demersal finfishes with special reference to trophic interactions

Food and feeding habits of fourteen demersal finfishes exploited off the Karnataka coast were studied to investigate trophic interactions within the marine food web. Index of Relative Importance (lRI),Ontogenetic, seasonal (pre-monsoon, monsoon and post-monsoon) variation in feeding and prey-predator relationship studies were conducted.The results of prey-predator trophic interaction studies identified four major trophic guilds based on the predators feeding similarity.Trophic guild I is 'copepod and detritus fceders'with an average group similarity of 61.4%. The second trophic guild, 'prawn and crab feeders'with an average similarity of 52.7%. 'Acetes feeders', the largest trophic guild with an average group similarity of 62.5%, composed of six demersal finfish species.The guild 'piscivores' is constituted by C. limba/us and P. arsius with an average similarity of 45%.For each predator, ontogenetic diet shift is common and is characterized by prey of low to high trophic level.Strong selection of certain prey types was observed in some predators while most of them avoided abundant prey.In addition to Acetes spp, strong predation impact was observed for penaeid prawns, epibenthic crabs and detritus.This information on trophic guilds and prey-predator interactions can be used to construct trophic model on the benthic ecosystem off Karnataka and to investigate fishery induced changes as well as predation impact of different animals on commercially important demersals

“Assessment of Heavy Metals in the Environmental Compartments of the Central and Northern Coast of Kerala, India”

The nearshore marine ecosystem is a dynamic environment impacted by many activities, especially the coastal waters and sediments contiguous to major urban areas. Although heavy metals are natural constituents of the marine environment, inputs are considered to be conservative pollutants and are potentially toxic, accumulate in the sediment, are bioconcentrated by organisms and may cause health problems to humans via the food chain. A variety of metals in trace amounts are essential for biological processes in all organisms, but excessive levels can be detrimental by acting as enzyme inhibitors. Discharge of industrial wastewater, agriculture runoff and untreated sewage pose a particularly serious threat to the coastal environment of Kerala, but there is a dearth of studies in documenting the contaminant metals. This study aimed principally to assess such contamination by examining the results of heavy metal (Cu, Pb, Cr, Ni, Zn, Cd and Hg) analysis in seawater, sediment and benthic biota from a survey of five transects along the central and northern coast of Kerala in 2008 covering a 10.0 km stretch of near shore environment in each transect. Trophic transfer of metal contaminants from aquatic invertebrates to its predators was also assessed, by employing a suitable benthic food chain model in order to understand which all metals are undergoing biotransference (transfer of metals from a food source to consumer).The study of present contamination levels will be useful for potential environmental remediation and ecosystem restoration at contaminated sites and provides a scientific basis for standards and protective measures for the coastal waters and sediments. The usefulness of biomonitor proposed in this study would allow identification of different bioavailable metals as well as provide an assessment of the magnitude of metal contamination in the coastal marine milieu. The increments in concentration of certain metals between the predator and prey discerned through benthic food chain can be interpreted as evidence of biotransference.

Depredación organizacional

El concepto de depredación en el ámbito de la organización es comúnmente asociado al deterioro de sus recursos, pero al abordarlo desde la ecología de poblaciones, el resultado es un enfoque centrado en las relaciones entre los actores de la organización y la interacción de tres variables principales: el poder de los actores, la intimidad entre ellos y la letalidad de sus actuaciones; estas dos últimas solicitadas en préstamo desde la clasificación funcional propuesta por la ecología de poblaciones y claves en la relación presa-depredador. El documento presenta una aproximación para aprovechar estos conocimientos disponibles en la ecología y argumenta que su estudio facilita la comprensión de los estilos de estrategia y dirección en la organización.

Credit Default Swaps (CDS) y Collateral Debt Obligation (CDO) derivados financieros responsables de la crisis sub-prime de 2008 en Estados Unidos y una guía para el desarrollo del mercado de derivados exóticos en Colombia

La crisis financiera hipotecaria de 2008 en la que se declaró en quiebra el banco de inversión Lehman Brothers, se desarrolló en un ambiente que contemplaba apalancamientos financieros excesivos y el uso de derivados financieros de crédito innovadores. Razón por la cual, a partir del estudio de caso de quiebra de este banco de inversión y el análisis de las causas y consecuencias del ambiente desregulatorio que surgió en Estados Unidos desde la década de los 30 hasta el 2000, se orienta la investigación a indagar sobre lo que sucede en términos regulatorios y empresariales en el mercado de valores colombiano y así lograr definir objetivos que permitan el crecimiento del mercado de derivados exóticos en Colombia bajo un marco de responsabilidad financiera y ética empresarial.

Estrategia de intervención militar de Estados Unidos en Medio Oriente: dinámicas y consecuencias del uso de drones en Yemen y Pakistán entre 2009 a 2013

Este es un estudio sobre la estrategia de guerra estadounidense en Medio Oriente basada en el uso sistemático de drones durante el periodo comprendido entre 2009 y 2013. Se busca explicar de qué manera puede considerarse el uso de este tipo de armamento como una práctica basada en la proyección de poder sin mayor vulnerabilidad. Los casos de Pakistán y Yemen son abordados, ya que evidencian las características de las operaciones selectivas por las que ha abogado el Presidente Obama. El estudio se inscribe dentro del realismo ofensivo, haciendo también referencia a sus limitaciones explicativas. Empero, se afirma que las dinámicas y consecuencias de la utilización de drones son intrínsecas a la necesidad estadounidense de combatir actores no estatales mediante prácticas que garanticen su seguridad y pretensiones hegemónicas a pesar de las implicaciones políticas , legales y sociales en las que puede incurrir.

Food webs of Mediterranean coastal wetlands

En aquesta tesi doctoral s'han estudiat els efectes directes i indirectes de dos tipus d'espècies claus de la comunitat aquàtica dels aiguamolls de l'Empordà (aiguamolls costaners mediterranis amb una xarxa tròfica senzilla). S'han realitzat experiments al camp utilitzant microcosmos i mesocosmos i els resultats han estat analitzats mitjançant tres aproximacions: la taxonòmica, la funcional i la de mides. S'ha comprovat que en situacions amb absència de predadors i dominància d'una única espècie en el zooplàncton (en aquest cas Calanipeda aquaedulcis i Daphnia magna), la segregació del recurs entre els diferents estadis de desenvolupament de la mateixa espècie zooplanctònica és una estratègia per evitar la competència intraespecífica en condicions de limitació de recurs. Per altra banda, la presència de diferents top-predators a la comunitat aquàtica (en aquest cas la medusa Odessia maeotica i el peix Aphanius iberus) desencadena una cascada tròfica en el plàncton però amb efectes top-down diferents segons el top-predator.

Artificial Cavities and Nest Site Selection by Puerto Rican Parrots: a Multiscale Assessment

We examined nest site selection by Puerto Rican Parrots, a secondary cavity nester, at several spatial scales using the nest entrance as the central focal point relative to 20 habitat and spatial variables. The Puerto Rican Parrot is unique in that, since 2001, all known nesting in the wild has occurred in artificial cavities, which also provided us with an opportunity to evaluate nest site selection without confounding effects of the actual nest cavity characteristics. Because of the data limitations imposed by the small population size of this critically endangered endemic species, we employed a distribution-free statistical simulation approach to assess site selection relative to characteristics of used and unused nesting sites. Nest sites selected by Puerto Rican Parrots were characterized by greater horizontal and vertical visibility from the nest entrance, greater density of mature sierra palms, and a more westerly and leeward orientation of nest entrances than unused sites. Our results suggest that nest site selection in this species is an adaptive response to predation pressure, to which the parrots respond by selecting nest sites offering advantages in predator detection and avoidance at all stages of the nesting cycle. We conclude that identifying and replicating the “nest gestalt” of successful nesting sites may facilitate conservation efforts for this and other endangered avian species.

Predation in Ground-Nesting Birds: an Experimental Study Using Natural Egg-Color Variation

We tested the hypothesis that cryptically colored eggs would suffer less predation than conspicuous eggs in the ground-nesting red-legged partridge, Alectoris rufa. We used A. rufa as a model species because it has a wide range of natural egg colors, the eggs are widely available from breeding farms, and nests are easily mimicked because they are scrapes containing no vegetation. The study was conducted in the spring of 2001 in forest and fallow fields of central Spain in Castilla La Mancha, Ciudad Real. We used 384 clutches of natural eggs that were white, white spotted, brown, or brown spotted. Within clutches, eggs were consistent in color and size; among clutches, color differences were distributed across habitats. Clutches were checked once after 2 wk of exposure. Cryptic coloration had a survival advantage that was dependent on the local suite of predators. Rodent predation was nonselective with respect to clutch color; however, avian predation was significantly higher for conspicuous clutches. In addition, there was an interaction of landscape and egg color for avian predation. In forest landscapes, the clutches with highest survival were brown spotted, whereas in fallow landscapes, brown and brown spotted clutches had higher survival than white and white potted clutches. Thus, both the predator suite and the landscape had significant effects on the value of cryptic egg coloration. Our study is relevant for conservationists and managers in charge of restocking programs in hunting areas. The release of other partridge species or their hybrids could result in hybridization with wild partridges, potentially leading to nonoptimal clutch pigmentation and reduced survival of the native species. We therefore recommend that local authorities, managers, and conservationists be cautious with the use of alien species and hybrids and release only autochthonous species of partridges within their natural ranges.

Contributions of Weather and Predation to Reduced Breeding Success in a Threatened Northern Loggerhead Shrike Population

Populations on the periphery of a species' range may experience more severe environmental conditions relative to populations closer to the core of the range. As a consequence, peripheral populations may have lower reproductive success or survival, which may affect their persistence. In this study, we examined the influence of environmental conditions on breeding biology and nest survival in a threatened population of Loggerhead Shrikes (Lanius ludovicianus) at the northern limit of the range in southeastern Alberta, Canada, and compared our estimates with those from shrike populations elsewhere in the range. Over the 2-year study in 1992–1993, clutch sizes averaged 6.4 eggs, and most nests were initiated between mid-May and mid-June. Rate of renesting following initial nest failure was 19%, and there were no known cases of double-brooding. Compared with southern populations, rate of renesting was lower and clutch sizes tended to be larger, whereas the length of the nestling and hatchling periods appeared to be similar. Most nest failures were directly associated with nest predators, but weather had a greater direct effect in 1993. Nest survival models indicated higher daily nest survival during warmer temperatures and lower precipitation, which may include direct effects of weather on nestlings as well as indirect effects on predator behavior or food abundance. Daily nest survival varied over the nesting cycle in a curvilinear pattern, with a slight increase through laying, approximately constant survival through incubation, and a decline through the nestling period. Partial brood loss during the nestling stage was high, particularly in 1993, when conditions were cool and wet. Overall, the lower likelihood of renesting, lower nest survival, and higher partial brood loss appeared to depress reproductive output in this population relative to those elsewhere in the range, and may have increased susceptibility to population declines.