Characterization of mouse preoptic area cellular populations involved in thermoregulation

Thermoregulation is a dynamic homeostatic process, tightly regulated by the autonomic nervous system. How the brain coordinates maintenance of the body temperature within a narrow range of 37˚C, a condition that is needed for the survival of most of the species, remains unclear. Among the brain regions implicated in thermoregulation is the anterior portion of the hypothalamus, the preoptic area (POA). In this region neurons that respond to direct temperature stimuli and to the skin and spinal cord warming were found, suggesting that these warm-sensitive neurons (WSNs), are the cells that detect deep brain temperature and integrate it with temperature information from the periphery. The limiting factor in studying the WSNs of the POA and their role in thermoregulation is the lack of specific molecular markers that identify them. Therefore, the goal of this thesis work was to characterize WSNs of the POA at the molecular level and to find their genetic marker(s). To achieve this goal I used a primary POA cell culture and performed calcium imaging while applying a temperature stimulus of 45˚C in the presence and the absence of the TRPM2 antagonist, 2-Aminoethoxydiphenyl borate (2-APB). I identified and hand-picked temperature responding cells and temperature non-responding cells for the single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq). Analysis of the scRNA-seq data pointed to the limitations of the P9 cell culture used. The majority of the temperature non-responding cells expressed glial marker genes together with neuronal markers, a combination not found in vivo. I concluded that the genetic heterogeneity of the sequenced cells was too large and putative WSNs’ molecular markers identified from cultured neurons would be ambiguous. In addition, to find markers of WNSs one has to take another approach, such as Patch-seq to analyze these neurons in more natural conditions. One of the POA neuronal populations activated by a change in ambient temperature is expressing leptin receptor (POALepR). These neurons also exhibit an increase in action potential firing frequency (AP FF) during the process of chronic heat exposure to 36˚C that also leads to an increased heat endurance (at 39˚C). in mice. This intrinsic property of neurons (not affected by synaptic blockers), seems to be needed for a mouse to endure heat, as the animals in which the firing of POALepR is abolished fail to do so. To learn more about the role of the POALepR neurons in the heat acclimation process I used FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting) to isolate the POALepR neurons from POA of non-acclimated and acclimated ( 5 and 30 days at 36 ˚C) LeprCreHTB mice and performed RNA sequencing. I identified three genes Kcnq2, Kcnn2, and Kcnh2, all three coding for potassium ion channels, whose expression level changed with the course of heat acclimation. I have tested the functionality of these ion channels in AP viii firing of the POALepR neurons, by employing electrophysiology and pharmacology in acute POA slices. Ion channels Kv7.2 and Kv11.1, coded by Kcnq2, and Kcnh2, respectively, exhibited a role in shaping the AP firing of POALepR neurons. Applying the antagonist of Kv7.2 disrupted harmonious AP firing of POALepR neurons coming from acclimated mice, rendering their membrane potential unsteady and their firing bursty. In addition, the application of the Kv11.1 antagonist increased the AP FF of POALepR neurons even further in the long-term acclimated condition. Heat acclimation is a naturally occurring process happening across mammalian species, including humans. It is important for enduring physical burdens in hotter climates as it leads to the improved function of the thermoregulatory system. It is forthright to hypothesize that the POA, the central regulator of temperature homeostasis, plays a role in heat acclimation. However, knowledge about it is scarce. Knowing which molecules change in POALepR neurons transcriptome to increase firing, and to which other thermoregulatory relays these neurons project will help us understand their role and the role of POA in heat acclimation

Unified approach to the electromagnetic field: the role of sources, causality and wave propagation

The question of the sources of electric and magnetic fields and their causes has been discussed extensively in the literature over the last decades. In this article, we approach this problem from the unified treatment of electromagnetic fields emphasizing the role of their sources in accordance with the cause-effect relationships. First, we analyze whether this unified treatment contributes to a better understanding of these phenomena. Then, we discuss the implications for teaching of a correct understanding of electromagnetic field sources and causality in Maxwell's equations. In particular, we present a series of examples at the introductory physics level that allow us to recognize the reasons why considering electric and magnetic fields as disjoint entities can lead to contradiction

Review of research on students ideas on the interpretation of electromagnetic induction phenomena

La teoría de la Inducción Electromagnética (IE) es fundamental en el programa de física de Secundaria (16-18 años) y cursos introductorios en la Universidad. No es de extrañar que esta teoría y la ley de Faraday constituyan un capítulo específico en los diferentes currículos españoles e internacionales. Sin embargo, aunque la Fuerza de Lorentz y la ley de Faraday son temas comunes en la enseñanza de la IE desde hace muchos años, son recientes los trabajos que se ocupan del aprendizaje logrado por los estudiantes en este tema. En este trabajo se examinan diferentes trabajos sobre concepciones alternativas de los estudiantes de últimos cursos de Secundaria y universidad respecto a la IE y la ley de Faraday. De acuerdo con nuestro análisis, la enseñanza habitual produce poco aprendizaje en las ideas claves de la teoría científica sobre la IE en la física clásica. En general, los diferentes estudios analizados muestran que la mayoría de los estudiantes no tienen una comprensión de un modelo de la IE, ni de la ley de Faraday. Un número significativo de estudiantes no explica los fenómenos sino que los describe o recurre a conocimientos memorísticos presentados de forma incoherente. Otra parte significativa de estudiantes desconoce las causas asociadas a la IE, atribuyéndolas al campo magnético estacionario o a la corriente eléctrica.Electromagnetic Induction (EI) theory is fundamental in the physics programme for Secondary school (16-18 years old) and introductory University courses. It is not surprising that this theory and Faraday’s law have their own chapter in different Spanish and international curriculums. However, although Lorentz’s Force and Faraday’s Law have been common topics in EI teaching for many years, work done to look at the learning achieved by students on this topic is relatively recent. This article examines different projects on alternative conceptions for students in the top years of Secondary school and at University regarding EI and Faraday’s law. In accordance with our analysis, usual teaching produces little learning on scientific theory’s key ideas for EI in classic physics. In general, the different studies analysed show that most students do not understand a model for EI or Faraday’s law. A significant number of students do not explain the phenomena but describe them or resort to memorised knowledge presented incoherently. Another significant number of students did not know the causes associated with EI, attributing them to the stationary magnetic field or electric current

Aprendizaje de la teoría de inducción electromagnética en cursos universitarios de física general : una enseñanza por resolución guiada de problemas

Este estudio describe el diseño, implementación y efectividad de una secuencia de enseñanza sobre inducción electromagnética (IEM) para primer curso de grados de ciencias e ingeniería. Dicha secuencia ha sido diseñada teniendo en cuenta diversos aspectos tales como: los intereses, actitudes y valores de los estudiantes y los estándares del currículo; los resultados de los estudios empíricos sobre concepciones y razonamientos de los estudiantes, y, también, las contribuciones relativas a cómo se aprende y se enseña en el ámbito de las ciencias. La evaluación de la secuencia se ha realizado de forma «interna», comparando los resultados obtenidos por el grupo «experimental» de estudiantes antes y después de implementar la secuencia; también de manera «externa», comparando los resultados de ese grupo con uno de control. Los resultados obtenidos en el grupo experimental indican que la aplicación de la secuencia diseñada ha contribuido a la mejor comprensión de algunas ideas clave de la IEM.Aquest estudi descriu el disseny, implementació i efectivitat d'una seqüència d'ensenyament sobre inducció electromagnètica (IEM) per a primer curs de graus de ciències i enginyeria. Aquesta seqüència ha estat dissenyada tenint en compte diversos aspectes tals com: els interessos, actituds i valors dels estudiants i els estàndards del currículum; els resultats dels estudis empírics sobre concepcions i raonaments dels estudiants, i, també, les contribucions relatives a com s'aprèn i s'ensenya en l'àmbit de les ciències. L'avaluació de la seqüència s'ha realitzat de forma «interna», comparant els resultats obtinguts pel grup «experimental» d'estudiants abans i després d'implementar la seqüència; també de manera «externa», comparant els resultats d'aquest grup amb un de control. Els resultats obtinguts en el grup experimental indiquen que l'aplicació de la seqüència dissenyada ha contribuït a la millor comprensió d'algunes idees clau de la IEM.This study describes the design, implementation and effectiveness of a sequence of teaching on Electromagnetic induction (IEM) for the first course in science and engineering degrees. The script has been designed taking into account aspects such as: the interests, attitudes and values of students and the curriculum standards; the results of empirical studies on concepts and students reasoning; and also, the relative contributions to how the way we learn and are taught in the field of science. The evaluation of the sequence has been made in an «internal» way, comparing the results obtained by the «experimental» group of students before and after implementing the sequence; it has also been made in an «external» way by comparing the results of this group with a control one. The results obtained in the experimental group point out that the implementation of the designed sequence has contributed to the better understanding of some key ideas of the IEM

Ideas de los estudiantes universitarios sobre las relaciones trabajo y energía en Mecánica en cursos introductorios de Física

Las relaciones entre trabajo y energía continúan siendo fuentes de problemas de enseñanza/aprendizaje en los cursos introductorios de física a nivel universitario, ya que implican conceptos abstractos y habilidades de metodología científica. Teniendo en cuenta los estudios anteriores en la literatura, el objetivo principal de esta contribución es identificar y documentar las dificultades específicas que los estudiantes muestran al pensar y razonar sobre la aplicación del concepto de trabajo, y la relación entre trabajo y energía en sistemas aislados. Esta investigación consiste en el análisis de respuestas a un cuestionario trabajo-energía administrado a estudiantes de los cursos introductorios de física de la Universidad del País Vasco. Se presentan los resultados de cuatro preguntas planteadas a los alumnos donde se demuestra que, después de la instrucción, los estudiantes siguen teniendo problemas en calcular el producto escalar en la definición de trabajo y que una buena parte de estudiantes tiene dificultades en establecer relaciones correctas entre el trabajo realizado por una fuerza externa al sistema y la variación de energía del sistema. Al final se establecen las conclusiones generales del trabajo donde se hacen recomendaciones al instructor e investigador.Relations between work and energy are still a source of teaching-learning problems in the first years of university introductory physics courses since they involve abstract concepts and skills of scientific methodology. Considering the previous studies in the literature, the main objective of this contribution is to identify and document specific difficulties that students show while thinking and reasoning about the relation between work and energy in isolated systems. This research consists in the analysis of answers to a work-energy questionnaire administered to students taking introductory physics courses at the University of the Basque Country (Spain). The results of four questions presented to the students show that, after the instruction, students still have problems calculating the scalar product in the definition of work, and that a good portion of students have difficulties in establishing correct relations between the work done by an external force to the system and the energy variation of the system. At the end, general conclusions of this contribution are established where recommendations are made to the instructor and researcher

Taller de iniciación a la ciencia : una experiencia no formal en la escuela primaria

El trabajo que se presenta describe un taller de iniciación a la ciencia que se ha puesto en práctica en la Ikastola Langile de Hernani (Gipuzkoa) en 3º de primaria. Este taller se ha desarrollado en horario escolar y en las instalaciones de la ikastola pero en un contexto no formal. Se ha diseñando un informe/cuaderno del estudiante que ha servido tanto de guía para los estudiantes como de instrumento de toma de datos para la investigación, además, se han grabado las sesiones. El análisis de datos de ha realizado según el estudio de casos partiendo de los objetivos de la investigación. A pesar de las limitaciones del trabajo, los resultados apuntan a que actividades escolares fuera del contexto formal pueden ayudar a los estudiantes a conocer los procedimientos científicos a la par que mejoran la comprensión de los conceptos que se trabajan

Attitudes and motivations of high school science students and university students toward the learning of Physics

El objetivo de este trabajo es analizar las actitudes y motivaciones hacia la Física y su aprendizaje de estudiantes de ciencias en el Bachillerato (16-18 años) y de diferentes grados universitarios científicos debido a la importancia que pueden tener estas actitudes y motivaciones en el aprendizaje y el comportamiento de los estudiantes. Los datos obtenidos tanto en la situación de partida del curso académico 2013/2014 como a finales del mismo curso proporcionan la siguiente información: por un lado, los resultados indican que mientras las actitudes de los estudiantes mejoran significativamente en los primeros cursos de los grados en física e ingeniería, estas mejoras no son suficientes para proporcionar cambios en las motivaciones de los estudiantes, que se mantienen estables. La instrucción habitual no favorece, por lo tanto, una mejora en las motivaciones de los estudiantes. Por otro lado, no solo se observa que las diferencias de género existen antes de la instrucción, sino que también aumentan durante el curso académico independientemente de la etapa en la que se encuentren los estudiantes.Taking into account that students' attitudes and motivations could affect their behavior and learning, the aim of this paper is to analyze those attitudes and motivations toward the learning of physics of high school students (16-18) and university students of several scientific degrees. Data was gathered both at the start and at the end of the 2013/2014 academic year and they provided some conclusions: first, the results indicate that whereas the attitudes of students improved significantly in the first year of the degree in physics and the degree in engineering, those improvements were not enough to provide changes in the motivation of the students. On the other hand, not only does the gender differences persist nowadays, but they are also increased during the academic year regardless of the stage where students are

Una propuesta de diseño y evaluación de secuencias de enseñanza-aprendizaje en Física: el caso de las leyes de Newton

En este artículo presentamos una propuesta de diseño y evaluación de Secuencias de Enseñanza-Aprendizaje (SEA) para secundaria y Universidad. Se tienen en cuenta aportaciones relevantes en el diseño de secuencias de enseñanza fundamentadas en la metodología de Investigación Basada en el Diseño y discutiremos cómo las SEA, diseñadas según esta propuesta, se relacionan con la progresión de los estudiantes en el aprendizaje. Se presenta la metodología iterativa Investigación Basada en el Diseño que permite evaluar y rediseñar SEA. El contexto de nuestra implementación y evaluación es un innovador curso de física para estudiantes de primer año de Secundaria post-obligatoria en España. Se presenta la concreción de cada fase de la metodología de Investigación Basada en el Diseño (siglas en inglés DBR), explicando cómo se diseña la secuencia y cómo se evalúa. Los resultados obtenidos en el primer año de implementación son esperanzadores en cuanto al aprendizaje logrado por los estudiantes. Se analizan las fortalezas y debilidades de la SEA después de esta primera implementación

Proyecto de formación del profesorado universitario de Ciencias, Matemáticas y Tecnología, en las metodologías de Aprendizaje Basado en Problemas y Proyectos

En aquest treball presentarem el disseny i implementació del programa Eragin de la UPV/EHU, de formació del professorat universitari en metodologies actives d'ensenyament. Es presentaran les bases teòriques del programa, el disseny de formació, les dificultats trobades, i les qüestions que ens plantegem de cara al futur. Els resultats que s'han obtingut sobre la valoració del programa per part dels participants i sobre el canvi didàctic del professorat són esperançadors pel que fa a l'efectivitat del disseny de formació basat en la mentoria. En el seu conjunt, aquests resultats ens animen a pensar que es tracta d'un programa de formació capaç de respondre als reptes i compromisos socials de la nostra Universitat.In this study we present the design and implementation of the program ERAGIN of the UPV/EHU, university teacher training in active teaching methodologies. It will present the theoretical underpinnings of the program, training design, difficulties encountered, and the questions we ask in the future. The results that have been obtained on the evaluation of the program by participants and faculty educational change are encouraging in terms of design effectiveness based on mentoring. Taken together, these results encourage us to think that this is a training program capable of responding to the challenges and social commitments of our University.En este trabajo presentaremos el diseño e implementación del programa ERAGIN de la UPV/EHU, de formación del profesorado universitario en metodologías activas de enseñanza. Se presentarán las bases teóricas del programa, el diseño de formación, las dificultades encontradas, y las cuestiones que nos planteamos de cara al futuro. Los resultados que se han obtenido sobre la valoración del programa por parte de los participantes y sobre el cambio didáctico del profesorado son esperanzadores en cuanto a la efectividad del diseño de formación basado en la mentoría. En su conjunto, estos resultados nos animan a pensar que se trata de un programa de formación capaz de responder a los retos y compromisos sociales de nuestra Universidad