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Do context- and output layer-dependent forms of ensemble plasticity exist in the olfactory bulb?

English title Do context- and output layer-dependent forms of ensemble plasticity exist in the olfactory bulb?
Applicant Carleton Alan
Number 172878
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Dépt des Neurosciences Fondamentales Faculté de Médecine Université de Genève
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.04.2017 - 31.03.2021
Approved amount 1'008'000.00
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Keywords (4)

sensory coding; ensemble plasticity; olfaction; two-photon imaging

Lay Summary (French)

Lead
Est-ce que les réponses à des odeurs changent en fonction du contexte comportementale dans des assemblées neuronales du bulbe olfactif?
Lay summary

Le cerveau des mammifères doit détecter et reconnaître les informations sensorielles présentes dans l’environnement afin de permettre à l’individu d’avoir des réponses comportementales adaptées. Le système olfactif est organisé de telle manière que le cerveau peut reconnaître des milliards de molécules différentes. Les odeurs sont détectées par les cellules réceptrices de l’épithélium olfactif se trouvant dans la cavité nasale. Ces cellules spécialisées du nez vont ensuite transmettre l’information sous forme d’impulsions électriques au cerveau au niveau d’une région qui s’appelle le bulbe olfactif. A l’intérieur de ce réseau, l’information en provenance du nez est reçue par les cellules mitrales et par les cellules à panache. Ainsi, une odeur donnée active une combinaison spécifique de cellules mitrales et de cellules à panache, combinaison que l’on appelle un chablon d’activité qui est ensuite véhiculé au cortex olfactif.

Nos anciens travaux montrent que des odeurs discriminables mais perceptuellement très proches induisent des chablons d’activité des cellules sensorielles très semblables. Nous avons démontré que le réseau du bulbe olfactif est important pour convertir des représentations sensorielles périphériques similaires en des représentations sensorielles transmises vers le cortex plus différentes, permettant ainsi un meilleur apprentissage et une meilleure discrimination. Dans ce projet, nous cherchons à savoir si les chablons induits par une odeur donnée sont toujours les mêmes ou s’ils peuvent changer (ce que nous appelons la plasticité de la représentation) en fonction du contexte comportementale. Par ailleurs nous voulons savoir si les mêmes processus de plasticité sont observables dans les populations des cellules mitrales et des cellules à panache.

Direct link to Lay Summary Last update: 17.05.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Similarity and Strength of Glomerular Odor Representations Define a Neural Metric of Sniff-Invariant Discrimination Time
Bhattacharjee Anindya S., Konakamchi Sasank, Turaev Dmitrij, Vincis Roberto, Nunes Daniel, Dingankar Atharva A., Spors Hartwig, Carleton Alan, Kuner Thomas, Abraham Nixon M. (2019), Similarity and Strength of Glomerular Odor Representations Define a Neural Metric of Sniff-Invariant Discrimination Time, in Cell Reports, 28(11), 2966-2978.e5.
Restoring wild-type-like CA1 network dynamics and behavior during adulthood in a mouse model of schizophrenia
Marissal Thomas, Salazar Rodrigo F., Bertollini Cristina, Mutel Sophie, De Roo Mathias, Rodriguez Ivan, Müller Dominique, Carleton Alan (2018), Restoring wild-type-like CA1 network dynamics and behavior during adulthood in a mouse model of schizophrenia, in Nature Neuroscience, 21(10), 1412-1420.
Evolution of immune chemoreceptors into sensors of the outside world
Dietschi Quentin, Tuberosa Joël, Rösingh Lone, Loichot Gregory, Ruedi Manuel, Carleton Alan, Rodriguez Ivan (2017), Evolution of immune chemoreceptors into sensors of the outside world, in Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(28), 7397-7402.
Context- and Output Layer-Dependent Long-Term Ensemble Plasticity in a Sensory Circuit
Yamada Yoshiyuki, Bhaukaurally Khaleel, Madarász Tamás J., Pouget Alexandre, Rodriguez Ivan, Carleton Alan (2017), Context- and Output Layer-Dependent Long-Term Ensemble Plasticity in a Sensory Circuit, in Neuron, 93(5), 1198-1212.e5.

Abstract

Sensory information is conveyed to specialized brain circuits and is translated into ensemble representations by various populations of projection neurons. Whether different channels of output neurons could form similar and stable representations in diverse behavioral contexts remains largely unknown. We propose to study the olfactory bulb (OB), where two layers of output neurons, mitral and tufted cells, jointly receive odorant information in glomerulus and in turn project to different target cortical regions. We propose to use chronic two-photon calcium imaging in awake behaving mice to first test whether both output populations display similar odor response profiles. Then, we aim at testing whether ensemble odor representations following either passive sensory experience or active associative learning are subjected to daily reorganization. Furthermore, we would like to test whether mitral and tufted cells populations are subjected to the same forms of plasticity. Finally, our last goal would be to identify the circuit mechanisms possibly underlying different forms of plasticity. In summary, the results of this research project should allow testing whether different OB output layers display unique context-dependent long-term ensemble plasticity and whether different OB output layers may allow parallel transfer of non-redundant sensory information to distinct downstream centers.
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