Impact of adult neurogenesis versus preexisting neurons on olfactory perception in complex or changing olfactory environment

par Jérémy Forest

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Nathalie Mandairon et de Anne Didier.

Soutenue le 14-12-2017

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (laboratoire) .

Le président du jury était Nora Abrous.

Le jury était composé de Christiane Linster.

Les rapporteurs étaient Alexander Fleischmann, Harold Cremer.

  • Titre traduit

    Impact de la neurogenèse adulte versus des neurones préexistants sur la perception olfactive dans un environnement olfactif complexe ou changeant


  • Résumé

    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


  • Résumé

    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


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