O sistema visual lida com mudanças significativas na quantidade absoluta de fótons no meio ambiente, que varia 10 a 12 unidades logarítmicas ao longo de um dia. Parte desta versatilidade decorre da existência de fotorreceptores, bastonetes e cones, ativos em luminosidades médias diferentes, e outra parte é consequência de mecanismos de controle de ganho pós-receptorais, que ajustam a faixa dinâmica da retina à luminosidade média. Já na primeira sinapse visual, a atividade de muitos fotorreceptores converge para as células bipolares (BCs), neurônios de segunda ordem. Em mamíferos, supõe-se que o número de neurônios convergentes mantém-se relativamente fixo durante a vida adulta do organismo, embora a árvore dendrítica das BCs aumente de tamanho. No caso de peixes teleósteos, o grau de convergência neuronal para as BCs aumenta com a idade em função de neurogênese e sinaptogênese constantes. Como a relação entre a estrutura celular e o grau de convergência sináptica influencia a integração somática de sinais, estudamos os efeitos do crescimento celular acompanhado de variações na convergência sináptica no caso específico da BC ligada a bastonetes. Para tanto, desenvolvemos um modelo computacional deste tipo celular e dos bastonetes a ela conectados utilizando o ambiente de simulação NEURON, com base em dados de literatura e obtidos por nosso grupo de pesquisa a respeito de sua geometria, conectividade e biofísica, e simulamos diversos tipos de estimulação. Para mimetizar níveis escotópicos de luminosidade, estimulamos apenas um dos bastonetes convergindo para a BC modelo; para mimetizar níveis mesópicos, todos os bastonetes foram estimulados concomitantemente. Estas simulações foram realizadas primeiramente com um modelo de BC contendo apenas condutâncias sinápticas e passivas, para investigar o impacto da geometria celular na integração de sinais. A seguir, o modelo passou a incorporar condutâncias dependentes de voltagem permeáveis a potássio (K+) modeladas a partir de dados da literatura e do nosso grupo de pesquisa, para investigar o papel das mesmas no controle de ganho da sinapse entre BCs e bastonetes durante o crescimento celular. Os resultados destas simulações indicam que o aumento da árvore dendrítica da BC com o crescimento hiperpolariza seu potencial de repouso e aumenta as amplitudes de resposta, devido ao aumento da área de superfície de membrana contendo canais passivos com potencial de reversão negativo. Já o aumento da convergência de bastonetes para a BC despolariza seu potencial de repouso e diminui as amplitudes resposta, o que equivaleria a uma diminuição da sensibilidade 3 em células reais. Mais ainda, o aumento no grau de convergência contribui para a diminuição das latências de resposta da BC, ao passo que o crescimento celular aumenta as latências linearmente. A inserção de canais dependentes de voltagem nos terminais dendríticos da BC aproxima as amplitudes e diminui as latências de resposta de BCs com diferentes graus de convergência. Além disso, tais canais reduzem os efeitos decorrentes do crescimento celular descritos anteriormente, tornando a amplitude e latência de resposta independentes do tamanho da árvore dendrítica. Desse modo, canais de K+ dependentes de voltagem dendríticos estabilizam as amplitudes e latências de resposta da BC ao longo do crescimento, contribuindo para a coerência da mensagem passada para as outras camadas da retina e, posteriormente, para o cérebro. Estes resultados sugerem que correntes ativas são fundamentais não apenas para controlar o ganho das sinapses entre bastonetes e BCs em um mesmo estado de adaptação, mas também para estabilizar o potencial de repouso e velocidade e amplitudes de resposta dos neurônios ao longo do crescimento / The visual system deals with significant changes in the absolute quantity of photons in the environment, which vary 10 to 12 log units throughout a single day. Part of this versatility is due to the existence of different photoreceptors, rods and cones, which function at different mean light intensities, and due to post-receptor gain control mechanisms, which adjust the dynamic range of the retina to the mean luminosity. At the first visual synapse, the activity of many photoreceptors converges onto bipolar cells (BCs), second order neurons of the retina. In mammals, the degree of convergence is supposed to be constant throughout adult life, despite evidence of morphological changes in the dendritic structure of BCs. In teleost fish, however, the convergence of rods to BCs increases with age due to constant retinal neurogenesis and synaptogenesis. Since cellular structure and synaptic convergence influence somatic signal integration, we investigated the effects of cellular growth and synaptic convergence in the responses of the rod bipolar cell. We developed a computational model of a BC-rod circuitry within the NEURON simulation environment, based on literature data and on data collected by our own research group regarding the geometry, connectivity and biophysics of BCs. To simulate scotopic light levels, only one of the rods converging to the model BC was stimulated. Mesopic light levels were simulated by concomitantly stimulating all rods. We initially investigated the impact of cell geometry in somatic signal integration, by studying a model BC containing only passive and synaptic conductances. We subsequently inserted a voltage-gated potassium (K+) conductance in the dendritic tips of the model in order to investigate its role in controlling the gain of the rod-BC synapse during growth. Our results indicate that increasing the dendritic tree leads to hyperpolarization of the BC resting potential, due to the larger membrane surface containing the passive conductance, which has a negative reversal potential. Increasing rod convergence, on the other hand, depolarizes the BC resting potential and decreases response amplitudes, which would be equivalent to a decrease in sensitivity in a real cell. In addition, increases in convergence reduce response latencies, whereas cellular growth increases latencies linearly. The insertion of voltage-gated K+ conductances in the dendritic tips of the BC, in turn, aproximates the response amplitudes and decreases response latencies of BCs with different synaptic convergences. Moreover, voltage-gated conductances reduce the consequences of cellular growth, rendering response amplitudes and latencies independent of dendritic 5 tree size. These active conductances therefore contribute to signal consistency. Our results suggest that active currents not only control the gain of the rod-BC synapse in a given adaptive state, but also stabilize the BC resting potential, as well as response amplitude and latency during growth

[pt] O uso do calor como meio alternativo para a remediação de áreas contaminadas por compostos orgânicos - hidrocarbonetos derivados de petróleo e policíclicos aromáticos, organoclorados, pesticidas, dentre outros - tem se mostrado competitivo quando comparado a outras soluções, principalmente levando-se em consideração questões práticas como a eficiência dos seus resultados e o seu tempo de execução. Seguindo uma linha de pesquisa do Núcleo de Geotecnia Ambiental da PUC-Rio, esta dissertação se propõe a aperfeiçoar o sistema de dessorção térmica in situ a partir do desenvolvimento de um novo bastonete térmico e de um sistema de medição de temperaturas in situ. O seu escopo envolveu, principalmente, a avaliação do seu desempenho quando submetido às condições naturais de campo a partir de experimentos realizados em dois locais diferentes: nas dependências da EMBRAPA Solos, no Jardim Botânico, e na área externa do Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. No primeiro caso, por ser um solo areno-argiloso, a temperatura se manteve mais concentrada em pontos mais próximos ao bastonete. Já no segundo, representado por um solo areno- siltoso, a temperatura chegou a pontos mais distantes com maior intensidade. Não houve modificação estrutural significativa em ambos os solos. Nos dois casos, a eficiência do sistema foi extremamente dificultada pelos baixos graus de saturação e teor de umidade, o que fez com que o calor aplicado se perdesse com maior facilidade. Após algumas modificações em seu projeto original, o bastonete térmico desenvolvido se comportou bem, principalmente no último ensaio, que durou 24 dias. Paralelamente, em laboratório, foram avaliados o comportamento da microbiota após a aplicação de calor no solo e a possibilidade de aptidão deste meio à existência de novos seres vivos após a injeção de água e nutrientes inorgânicos. Verificou-se uma recuperação e estabilização destes indivíduos em aproximadamente 03 semanas. Observou-se ainda a recuperação parcial da atividade metabólica; no entanto foi visto que a sua taxa decresce com o tempo, motivada provavelmente pela falta de matéria orgânica no solo. / [en] The use of thermal processes in order to remediate contaminated sites has been shown a great deal of promise, especially when time and effectiveness are considered. The present work describes the development of a new in situ device that simultaneously applies heat and delivers compressed air into the porous media. Additionally, a new set of instruments were also designed and built in order to monitor temperature and to extract vapor from the vadose zone. Tests performed at EMBRAPA Solos site and PUC-Rio Campus showed a good performance of the pieces of equipment developed. In addition, microbiological tests performed at the Geotechnical and Environmental Lab showed that is possible to recover the natural microbiota after prolonged exposure to temperatures above 400 ºC. Results have shown a recovery and stabilization of the population in about 3 weeks. However, it was also observed that metabolic activity was not fully recovered, in part due the lack of nutrients and organic matter in the porous media.

[pt] O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de dessorção térmica aplicável a remediação de solos contaminados por compostos orgânicos. O sistema consiste de um bastonete térmico capaz de aquecer o solo através de um fluxo radial e de um oxidador térmico destinado ao tratamento das emissões gasosas. Fazem parte do sistema, como equipamentos acessórios, controladores de temperatura do tipo rampa patamar, isolantes térmicos de fibra cerâmica, membranas plásticas e amostradores de água e de gases. Estes últimos são utilizados para averiguar a eficiência do oxidador térmico. O sistema desenvolvido atingiu aos objetivos de projeto. O bastonete térmico foi capaz de aplicar temperaturas de até 600 ºC seguindo trajetórias de temperatura programadas. O mesmo pode-se afirmar do sistema de tratamento das emissões gasosas. O programa experimental realizado em um solo residual de gnaisse, obtido de um talude rodoviário da Rodovia Washington Luís, contaminado por óleo queimado, revelou que o sistema desenvolvido é capaz de reduzir a concentração de compostos orgânicos a um valor mínimo, bem abaixo dos limites estabelecido pelos órgãos ambientais nacionais e estrangeiros. O programa expôs a importância da aeração da matriz porosa durante o tratamento para impedir a formação de coque. As determinações analíticas revelaram que as emissões gasosas resultantes do aquecimento do solo residual contaminado com óleo queimado tratam-se de parafinas de olefinas. A duração do ensaio bem como o projeto do arranjo espacial da distribuição dos bastonetes em um sistema in situ de remediação pode ser determinada através do emprego da formulação de propagação de calor formulada por Stegemeier (1998). / [en] This dissertation refers to the development of an in situ system devised to remediate soils contaminated with organic compounds. The system consists basically of a thermal probe capable of heating the soil matrix through radial flow and a thermal oxidizer that treats the resulting gases emissions. The system clearly reached the design aims. The thermal probe consistently programed temperatures up to 6000C to the soil matrix following applied thermal paths. The thermal oxidizer was capable to heat gases emissions up to 9000C under prolonged exposure. The experimental program was carried out using a residual soil from gnaiss taken from a slope at Washington Luiz Roadway. This soil was contaminated with used oil and submitted to a series of tests in order to assess the efficiency of the system developed herein. The results suggest that thermal desorption was able to reduce the degree of contamination to levels well below the limits established by National and International Environmental Agencies. The results also revealed the importance of aeration during the process to avoid the formation of coke. Fingerprinting tests carried out on gases emissions revealed that they were composed mainly by olefins and paraffins. The design of an in situ system as well as the termination criteria for in situ thermal desorption treatment might well be accomplished using the heat propagation theory developed by Stegemeier (1998).