Neurogenesis Drives Stimulus Decorrelation in a Model of the Olfactory Bulb

The reshaping and decorrelation of similar activity patterns by neuronal networks can enhance their discriminability, storage, and retrieval. How can such networks learn to decorrelate new complex patterns, as they arise in the olfactory system? Using a computational network model for the dominant neural populations of the olfactory bulb we show that fundamental aspects of the adult neurogenesis observed in the olfactory bulb -- the persistent addition of new inhibitory granule cells to the network, their activity-dependent survival, and the reciprocal character of their synapses with the principal mitral cells -- are sufficient to restructure the network and to alter its encoding of odor stimuli adaptively so as to reduce the correlations between the bulbar representations of similar stimuli. The decorrelation is quite robust with respect to various types of perturbations of the reciprocity. The model parsimoniously captures the experimentally observed role of neurogenesis in perceptual learning and the enhanced response of young granule cells to novel stimuli. Moreover, it makes specific predictions for the type of odor enrichment that should be effective in enhancing the ability of animals to discriminate similar odor mixtures

Consolidation of an Olfactory Memory Trace in the Olfactory Bulb Is Required for Learning-Induced Survival of Adult-Born Neurons and Long-Term Memory

Background: It has recently been proposed that adult-born neurons in the olfactory bulb, whose survival is modulated by learning, support long-term olfactory memory. However, the mechanism used to select which adult-born neurons following learning will participate in the long-term retention of olfactory information is unknown. We addressed this question by investigating the effect of bulbar consolidation of olfactory learning on memory and neurogenesis. Methodology/Principal Findings: Initially, we used a behavioral ecological approach using adult mice to assess the impact of consolidation on neurogenesis. Using learning paradigms in which consolidation time was varied, we showed that a spaced (across days), but not a massed (within day), learning paradigm increased survival of adult-born neurons and allowed long-term retention of the task. Subsequently, we used a pharmacological approach to block consolidation in the olfactory bulb, consisting in intrabulbar infusion of the protein synthesis inhibitor anisomycin, and found impaired learning and no increase in neurogenesis, while basic olfactory processing and the basal rate of adult-born neuron survival remained unaffected. Taken together these data indicate that survival of adult-born neurons during learning depends on consolidation processes taking place in the olfactory bulb. Conclusion/Significance: We can thus propose a model in which consolidation processes in the olfactory bulb determine both survival of adult-born neurons and long-term olfactory memory. The finding that adult-born neuron survival durin

Recherche en didactique et relativité restreinte : difficultés conceptuelles et pistes pour l’enseignement

International audienceDans cet article, nous présentons les résultats d'une enquête visant à déterminer comment des étudiants, futurs enseignants pour la plupart, comprennent les concepts d'événement et de référentiel qui sont deux concepts clés pour appréhender la relativité restreinte. Le questionnaire proposé met en scène deux protagonistes en des lieux diffé-rents émettant un flash lumineux pour faire une photographie, et des observateurs, immo-biles ou animés d'une vitesse relativiste par rapport aux photographes, recevant ces flashes lumineux. Les questions portent sur les dates de réception des flashes d'une part et sur les dates d'émission des flashes par les différents observateurs d'autre part, et font appel à la cinématique classique pour la plupart d'entre elles ou relativiste. Les analyses des réponses obtenues montrent que les concepts d'événement et de référentiel ne sont pas pleinement maîtrisés, ce qui a pour conséquence particulière que certains étudiants consi-dèrent que l'ordre selon lequel deux événements sont perçus détermine l'ordre selon lequel ces événements sont produits. Nous proposons deux types de résolution, un raisonnement qualitatif et une méthode graphique pointant une caractéristique fondamentale de la rela-tivité restreinte, l'invariance de la célérité de la lumière

Recherche en didactique et relativité restreinte : difficultés conceptuelles et pistes pour l’enseignement

International audienceDans cet article, nous présentons les résultats d'une enquête visant à déterminer comment des étudiants, futurs enseignants pour la plupart, comprennent les concepts d'événement et de référentiel qui sont deux concepts clés pour appréhender la relativité restreinte. Le questionnaire proposé met en scène deux protagonistes en des lieux diffé-rents émettant un flash lumineux pour faire une photographie, et des observateurs, immo-biles ou animés d'une vitesse relativiste par rapport aux photographes, recevant ces flashes lumineux. Les questions portent sur les dates de réception des flashes d'une part et sur les dates d'émission des flashes par les différents observateurs d'autre part, et font appel à la cinématique classique pour la plupart d'entre elles ou relativiste. Les analyses des réponses obtenues montrent que les concepts d'événement et de référentiel ne sont pas pleinement maîtrisés, ce qui a pour conséquence particulière que certains étudiants consi-dèrent que l'ordre selon lequel deux événements sont perçus détermine l'ordre selon lequel ces événements sont produits. Nous proposons deux types de résolution, un raisonnement qualitatif et une méthode graphique pointant une caractéristique fondamentale de la rela-tivité restreinte, l'invariance de la célérité de la lumière

Recherche en didactique et relativité restreinte : difficultés conceptuelles et pistes pour l’enseignement

International audienceDans cet article, nous présentons les résultats d'une enquête visant à déterminer comment des étudiants, futurs enseignants pour la plupart, comprennent les concepts d'événement et de référentiel qui sont deux concepts clés pour appréhender la relativité restreinte. Le questionnaire proposé met en scène deux protagonistes en des lieux diffé-rents émettant un flash lumineux pour faire une photographie, et des observateurs, immo-biles ou animés d'une vitesse relativiste par rapport aux photographes, recevant ces flashes lumineux. Les questions portent sur les dates de réception des flashes d'une part et sur les dates d'émission des flashes par les différents observateurs d'autre part, et font appel à la cinématique classique pour la plupart d'entre elles ou relativiste. Les analyses des réponses obtenues montrent que les concepts d'événement et de référentiel ne sont pas pleinement maîtrisés, ce qui a pour conséquence particulière que certains étudiants consi-dèrent que l'ordre selon lequel deux événements sont perçus détermine l'ordre selon lequel ces événements sont produits. Nous proposons deux types de résolution, un raisonnement qualitatif et une méthode graphique pointant une caractéristique fondamentale de la rela-tivité restreinte, l'invariance de la célérité de la lumière

Exploring students' understanding of reference frames and time in Galilean and special relativity

International audienceThis paper aims at exploring prospective physics teachers' reasoning associated with the concepts of reference frame, time and event which form the framework of the classical kinematics and that of the relativistic kinematics. About 100 prospective physics teachers were surveyed by means of a questionnaire involving classical kinematics situations and relativistic ones. The analysis of the answers shows a deep lack of understanding of both concepts of reference frame and event. Some students think that events may be simultaneous for an observer and not simultaneous for another one, even when both observers are located in the same reference frame. Most of the students surveyed cannot give an answer only depending on the location of the observer when his/her velocity is mentioned as if the movement contaminated the event. This lack of understanding is embodied in reasoning implemented by the population surveyed to address classical kinematics questions and seems to form a major obstacle to grasping relativistic kinematics

Designing learning scenarios for a 3D virtual environment: The case of special relativity

International audienceSpecial Relativity, as introduced by Einstein, is regarded as one of the most important revolutions in the history of physics. Nevertheless, the observation of direct outcomes of this theory on mundane objects is impossible because they can only be witnessed when travelling at relative speeds approaching the light velocity c. These effects are so counterintuitive and contradicting with our daily understanding of space and time that physics students find it hard to learn special relativity beyond mathematical equations and to understand the deep implications of the theory. Although we cannot travel at the speed of light, Virtual Reality (VR) makes it possible to experiment the effects of relativity in a 3D immersive environment (a CAVE: Cave Automatic Virtual Environment). The use of the immersive environment is underpinned by the development of dedicated learning scenarios created through a dialectic between VR-related computational constraints and cognitive constraints that include students' difficulties. Investigating student's understanding of relativistic situations (that involve relative speeds close to c) led to the typifying of a cognitive profile that governed the situations to be implemented into the CAVE and the associated learning scenarios