Modulation of acute and chronic stress on NOS expression levels in the rat hippocampus. Márcia Leite dos Santos, São Cristovão-2014. Cerebral response to stress involves the activation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. The hippocampus is associated with spatial learning, contextual memory and regulates this axis activation. Nitric oxide (NO) is considered an atypical neurotransmitter and participates in the process of memory consolidation and learning, although it is also associated with the neurotoxicity responsible for the activation of the neuronal death cascades. The aim of the present study was to evaluate the short- and long-term effects of stress on NO levels in the rat hippocampus, inducing stress by restraint. We verified that the hippocampal areas CA2 and dentate gyrus seem to be more susceptible to lesions by NO production. The dorsal region of these areas is the most expressive of NO, and possibly the one more damaged by long-term stress. We could observe that acute stress does not significantly alter the production of NO. It is likely that NO produced in the chronic stress protocol is maintained by the induced NO-synthase. Long-term stress is a determinant factor in NO production, which can be harmful to the hippocampus. / Modulação do estresse agudo e crônico sobre os níveis de expressão da NOS no hipocampo de ratos Wistar. Márcia Leite dos Santos, São Cristovão-2014. A reação cerebral ao estresse desenvolve-se ativando o eixo hipotalâmico-pituitário-adrenal. O hipocampo está associado ao aprendizado espacial, memória contextual e atua regulando a atividade desse eixo. De modo que o óxido nítrico, considerado um neurotransmissor atípico, participa do processo de consolidação da memória e aprendizagem, porém tem intima relação com o processo de neurotoxicidade responsável pelo desencadeamento de cascatas de morte neuronal. O presente trabalho buscou investigar os efeitos do estresse a curto e longo prazo sobre os níveis de NO no hipocampo, utilizando o modelo experimental de contenção em ratos Wistar. Foi verificado que determinadas áreas hipocampais foram mais suscetíveis a lesões pela produção de NO, sendo elas a CA2 e o Giro Denteado. A região dorsal dessas áreas é mais expressiva junto a marcações diaforásicas e possivelmente também sofrem mais com os efeitos do estresse em longo prazo. Percebe-se que o estresse agudo não é capaz de produzir efeitos significativos sobre a produção do NO, no tocante a promover danos a homeostasia hipocampal. Provavelmente o NO produzido no estresse crônico seja mantido pela via da isoforma i-NOS. Sendo que o estresse em longo prazo é determinante para as taxas de produção de NO, deletérias ao sistema hipocampal.

Orientador: Elenice Aparecida de Moraes Ferrari / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-14T04:52:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Canova_Fernando.pdf: 32640695 bytes, checksum: 6c06f9d94ba0675ea059bb7d42685788 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Uma grande parte do conhecimento sobre as bases e mecanismos neurais dos processos de aprendizagem, memória e amnésia fundamenta-se na investigação dos correlatos neurais do comportamento de animais não humanos em situações aversivas. Vários estudos têm resultados sugestivos de que o condicionamento clássico aversivo é afetado pelo sistema de temporização circadiana. As análises do condicionamento clássico aversivo e da resposta condicionada de congelamento (FRZ) são úteis para as análises do comportamento e dos processos mecanismos neurais subjacentes. Estudos prévios mostraram a indução da expressão de Zenk no hipocampo de pombos pelo treino em condicionamento clássico aversivo e pelo teste no contexto aversivo. O presente estudo investigou as variações dia - noite na aquisição e na evocação do condicionamento clássico aversivo e na expressão da proteína Zenk no hipocampo. O Experimento I avaliou o condicionamento ao contexto em pombos divididos em grupos condicionados (EC), controle (CC) e manipulação (CM) e o Experimento II investigou o condicionamento aversivo ao som previamente associado ao choque utilizando de animais que receberam som-choque pareados (EP), som-choque não pareados (NP) ou som(GS). Nos dois experimentos foi utilizado o fotoperíodo com pulsos de luz (15 min) às 6h (ZT00) e às 18h (ZT12), sendo as sessões realizadas nos horários ZT02 e ZT14. Os resultados do Experimento I indicaram diferença significativa na ocorrência de congelamento entre os grupos (p<0,05), mas não entre os horários (p>0,05). Comparações entre bloco final do treino e bloco inicial do teste mostraram queda significativa na ocorrência de congelamento no bloco inicial do teste no grupo EC ZT02 (p<0,05, mas não no EC ZT14 (p>0,05). A análise de células Zenk positivas no hipocampo mostrou aumento significativo na região HpV em relação a HpD do grupo EC ZT02 em comparação aos demais grupos (p<0,05), demonstrando uma diferença significativa de horário. Houve aumento significativo na marcação de núcleos Zenk-positivos em HpVM do grupo EC ZT02 em comparação aos demais grupos (p<0,05) e em relação a HpVL (p<0,05). No Experimento II houve maior ocorrência de exploração cautelosa nos grupos EP e NP (p>0,05) em comparação aos grupos GS (p<0,05) e diferença significativa na ocorrência de congelamento entre os grupos EP e GS (p<0,05), mas não entre os horários (p>0,05). A marcação de núcleos Zenk-positivos em HpV foi maior do que em HpD nos animais que receberam som e choque pareados ou não-pareados (p<0,05). Não houve diferenças significativas na marcação de Zenk em HpVL e HpVM nos diferentes grupos e nos dois horários (p>0,05). Os dois experimentos indicaram a expressão de diferentes padrões comportamentais frente ao contexto aversivo condicionado e ao som aversivo condicionado. As variações na expressão de Zenk são indicativas de ativação diferencial de HpD, HpVM e HpVL durante a evocação da memória do contexto e do som. A existência de variações dia - noite na ocorrência de condicionamento ao contexto e na expressão de Zenk no hipocampo sugere uma modulação do sistema temporizador circadiano sobre esses processos. Palavras-Chave: Condicionamento clássico aversivo; Hipocampo; Proteína Zenk; Fotoperiodo esqueleto / Abstract: Part of the knowledge about the mechanisms and neural basis of learning, memory and amnesia is based on the investigation of neural correlates of the behavior of non human animals in aversive situations. Moreover, many studies suggest that these behavioral processes are affected by the circadian timing system. The procedures of classical aversive conditioning and analysis of the conditioned freezing response are useful for the study of behavior and the underlying neural mechanisms. Previous studies showed the induction of Zenk expression in the hippocampus of pigeons after training in classical aversive conditioning. This study investigated day - night variations in the acquisition and retrieval of aversive classical conditioning and in the expression of Zenk protein in the hippocampus of pigeons. The Experiment I evaluated the conditioning to the context in pigeons attributed to conditioned (COND), control (CC) or naive groups (N). The Experiment II investigated the aversive conditioning to the tone in groups of pigeons that received toneshock pairing (PS), unpaired tone and shock (NPS) or tone alone (TS). In both experiments a photoperiod was used with pulses of light (15 min) at 6h (ZT00) and 18h (ZT12) and the sessions were conducted at ZT02 and ZT14. The results of the Experiment I indicated between group differences in the occurrence of freezing (p<0.05). A significant decrease in freezing was observed in the initial block of the test as compared to the final block of the training session of the COND ZT02 (p<0.05), but not in the COND ZT14 group (p>0.05). The analysis of the Zenk-positive nuclei in the hippocampus showed a significant increase in the HpV of the COND ZT02 group compared with the other groups (p<0.05), indicating a significant time difference when compared to COND ZT14 (p<0.05). Higher density of Zenk-positive nuclei was found in HpVM of COND ZT02 group compared to HpVL (p<0.001) and to HpVM of other groups (p<0.05). Experiment II data showed higher occurrence of exploratory risk assessment in PS and NPS groups (p>0.05) as compared to TS (P<0.5). The occurrence of freezing in the PS groups was different from TS groups (p<0,05), but not from NPS groups (p>0.05). No significant time of the day variation of freezing was detected (p> 0.05). Zenk- positive nuclei densities were higher in HpV than in HpD in the animals trained with paired or unpaired tone and shock stimulation (p <0.05). These PS and NPS groups showed no significant differences in the density of labeling of Zenk-positive nuclei in HpVL as compared to HpVM (p>0.05). Data from both experiments showed different behavioral patterns during the exposure to the conditioned aversive context and to the conditioned aversive tone. The variations in Zenk expression indicate differential activation of the HpD, HpVL and HpVM regions during retrieval of aversive memory of the context and of the tone. The day-night variation in the conditioned freezing to the context as well as in Zenk expression in the hippocampus suggests a modulation of these processes by the circadian timing system. Keywords: Classical aversive conditioning; Hippocampus; Zenk protein. Skeleton photoperiod / Universidade Estadual de Campi / Fisiologia / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Elenice Aparecida de Moraes Ferrari / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-11T20:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Denadai_MagdaAline_M.pdf: 823511 bytes, checksum: 1887972f9e5047fecbd7195247b586a8 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O óxido nítrico (NO), um neurotransmissor não convencional, tem papel importante em processos neurobiológicos de comportamento e de memória. Sua síntese é mediada por três isoformas de sintase do óxido nítrico (NOS): a neuronal (nNOS), a endotelial (eNOS) e induzível (iNOS). Este trabalho analisou o efeito do 7-nitroindazole (7-NI), um inibidor seletivo da nNOS, no condicionamento clássico aversivo em pombos. Foram usados 4 grupos: tratados com 7-NI (grupo 7-nitroindazole; G7-NI, n=5), tratados com óleo de amendoim (grupo veículo; GV, n=5), controle/sem tratamento (grupo controle; GC, n=5) e grupo não tratado/não condicionado (grupo manipulação; GM, n=5). A administração i.p. de 7-NI (25 mg/kg), ou do óleo de amendoim foi feita imediatamente após o treinamento. O G7-NI, o GV e o GC receberam três associações som-choque (5°, 10° e 15º minutos) numa sessão de 20 min. O teste a o contexto foi realizado 24 horas depois. As sessões foram gravadas para posterior transcrição e análise comportamental. A ocorrência da resposta de congelamento durante o treino não diferiu entre os grupos (p>0,05), mas durante o teste foi menor para o G7-NI em comparação ao treino (p<0.01) e aos demais grupos no teste (p<0.001). A atividade da NOS dependente de Ca++ no hipocampo foi menor no G7-NI do que nos outros grupos (p<0,01). Análise por Western blot indicou aumento na expressão de nNOS no G7-NI (p<0,05). A administração sistêmica de 7-NI teve um efeito amnésico sobre a memória contextual aversiva, indicando que a atividade da NOS dependente de Ca++ é importante para os processos de condicionamento clássico aversivo em pombos. / Abstract: Nitric oxide (NO) is an unsual neurotransmitter that plays an important role in neurobiological functions underlying behavior and memory. NO synthesis and release can be mediated by three isoforms of NO synthases (NOS): neuronal (nNOS), endothelial (eNOS) and inducible (iNOS). This study examined the effect of 7-nitroindazole (7-NI), a selective nNOS inhibitor, on contextual fear conditioning in pigeons. Four groups of pigeons were used: treated with 7-NI (7-NI; n=5), treated with peanut oil (Vehicle; n=5), non treated controls (Control; n=5) and non treated and no-trained controls (Non-trained; n=5). Treatment consisted in 7-NI (25 mg/kg; i.p.) or vehicle (peanut oil) administration, immediately after training. All the animals were trained in one 20 min session during which three tone-shock pairings (5th, 10th and 15th minutes) were presented. The test to the context was conducted 24h later. Behavioral categories were analyzed through the transcription of video-tapes of the sessions. The groups 7-NI, Vehicle and Control showed no significant differences in freezing during the conditioning session (p>0.05). During the test to the context the group 7-NI expressed significantly lower freezing as compared to Vehicle and Control (p<0.05). The 7-NI pigeons showed lower hippocampal activity of Ca++ dependent-NOS than Vehicle and Control groups (p<0.01). Western blot analysis indicated significant increase in nNOS expression (p<0.05). The systemic administration of 7-NI induced amnestic effects on contextual fear memory that evidence that Ca++-dependent NOS activity is required for fear conditioning in pigeons. / Mestrado / Fisiologia / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Atenção consiste em conjunto de processos que leva à seleção ou priorização no processamento de certas categorias de informação, em detrimento de outras, possibilitando um processamento mais eficiente do que seria possível caso o sistema nervoso processasse os estímulos presentes no ambiente simultaneamente. A atenção participa da maioria das funções cognitivas humanas. Depende, portanto, de região cerebral com privilégios anátomo-fisiológicos, como o lobo parietal, cujo padrão de conectividade (áreas unimodais, córtex pré-motor, colículo superior, giro cingulado, giro parahipocampal, insula, córtex orbitofrontal) possibilita a integração sensório-motora e cognitiva necessária à atenção. Desde o início da década de 80 estudos sobre o lobo parietal tem sugerido uma reavaliação de suas funções, modificando a percepção comum de que esteja relacionado exclusivamente a desempenhar funções espaciais, incluindo uma suposta especialização do lobo parietal direito na distribuição da atenção no espaço. No entanto, a base fisiológica para a especialização do lobo parietal na orientação atencional é mal compreendida pelas seguintes razões: 1- lesão unilateral do lobo parietal direito determina deficiência de processamento atencional em relação ao hemiespaço contralateral, e raramente ocorre após lesão do lobo parietal esquerdo; 2- o processamento das informações pelo sistema visual humano varia sensivelmente em relação aos campos visuais, e a metodologia dos testes atencionais tradicionais não considera que o desempenho dos voluntários pode ser limitado pela visibilidade dos estímulos; a localização dos estímulos tem sido avaliada independentemente da disposição dos alvos no campo visual. Nossa proposta é padronizar as condições de estimulação no teste de Posner para orientação da atenção, considerando os limiares específicos de cada voluntário e avaliar as deficiências de orientação da atenção endógena e exógena nos planos horizontal, vertical e diagonal, em pacientes portadores de dano nos lobos parietais direito e esquerdo, secundário a neoplasia, e compará-las entre si e com voluntários saudáveis. Desse modo poderíamos contribuir para o conhecimento sobre as bases neurais da atenção e para o desenvolvimento de estratégias eficazes e individualizadas de reabilitação / Attention consists of processes that lead to selection or prioritization in processing certain categories of information over others, allowing more efficient processing than would be possible if the nervous system had to process the stimuli in the environment simultaneously. Attention integrates most of human cognitive functions. Therefore it depends on specific brain regions with anatomical and physiological privileges, such as the parietal lobe, which pattern of connectivity (unimodal areas, premotor cortex, superior colliculus, cingulate gyrus, parahippocampal gyrus, insula, orbitofrontal cortex) enables sensorimotor and cognitive integration required for attention. Since early of 1980´s the common perception that parietal lobe is related solely to performance of spatial tasks, including a supposed specialization of the right parietal lobe for the distribution of attention in space is changing. The physiological basis for the specialization of the parietal lobe in orienting of attention is poorly understood for the following reasons: 1 - unilateral lesion of the right parietal lobe attentional determines disability in attention processing of information which comes from the contralateral space, and rarely occurs after injury of the left parietal lobe 2 - the processing of information by the human visual system varies considerably in relation to visual fields, and traditional attentional testing methodology does not consider that performance of the volunteers may be limited by the visibility of the stimuli; the location of the stimuli has been evaluated independently on the targets position in the visual field. Our proposal is to standardize the conditions of stimulation in the Posner test for orienting of attention, considering the specific visual thresholds of each subject and evaluate exogenous and endogenous orientation of attention deficiencies in horizontal, vertical and diagonal plans, in patients with damage to the right and left parietal lobes, secondary to brain tumor, and compare them among themselves and with healthy volunteers. Thereby this approach could contribute for the knowledge about the neural bases of attention and therefore help to develop effective strategies for rehabilitation

O número de pessoas acometidas por doenças cérebro vasculares, entre as quais, o acidente vascular cerebral (AVC), constitui um cenário alarmante nos dias atuais, fato que pode estar associado ao aumento da longevidade. A recuperação funcional de pessoas com sequelas de AVC requer a aplicação de técnicas de reabilitação que se baseiam em princípios de neuroplasticidade; no entanto, pouco se sabe quais são os benefícios morfofuncionais resultantes de diferentes abordagens terapêuticas. O presente estudo, portanto, teve como objetivos analisar a concentração plasmática de BDNF antes e após tratamento de reabilitação de indivíduos com AVC e correlacionar com o polimorfismo Val66Met; identificar e comparar a frequência do polimorfismo Val66Met na população brasileira e em pessoas que sofreram AVC. Os procedimentos experimentais foram aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa da EACH/USP. O estudo foi dividido em duas abordagens experimentais: (i) caracterização genotípica de pessoas com diagnóstico de AVC e sua relação com diferentes protocolos de reabilitação e com o BDNF plasmático e (ii) estudo genético populacional para caracterização da frequência do polimorfismo Val66Met na população brasileira. Participaram deste estudo indivíduos saudáveis dos estados de Alagoas, Rio Grande do Sul e São Paulo (n=1558) e pacientes com sequelas de AVC (n=54). A análise do BDNF plasmático foi realizada por meio do teste imunoenzimático de ELISA e somente os indivíduos submetidos à terapia robótica tiveram níveis aumentados de BDNF circulante. As análises do polimorfismo Val66Met foram realizadas utilizando a técnica de PCR-RFLP (HRM). Não houve associação entre o polimorfismo e os níveis plasmáticos de BDNF. As frequências genotípicas e alélicas do polimorfismo Val66Met dos indivíduos saudáveis e com AVC foram muito semelhantes. Os dados de gênero apontou aumento nos níveis de BDNF em mulheres, entretanto, a idade não interferiu nos níveis de BDNF. Considerando-se os resultados, podemos concluir que o polimorfismo não apresenta relação com a ocorrência de AVC e não interfere nos níveis plasmáticos de BDNF plasmático. No que concerne às técnicas de reabilitação, a terapia robótica pode ser mais efetiva para desencadear eventos de neuroplasticidade considerando o aumento de BDNF circulante após o tratamento. Através do estudo populacional foi possível verificar que o perfil da miscigenação mudou ao longo de três gerações analisadas e confirmamos a presença rara do polimorfismo em pessoas de cor/raça preta e indígena / The number of people affected by cerebrovascular diseases, including the stroke, is an alarming scenario nowadays, which may be associated with the increment of the longevity. Functional recovery of people with stroke sequelae requires the application of rehabilitation techniques based on principles of neuroplasticity, however, the knowledge about how the morphological and functional benefits of different therapeutic approaches is insipient. This study, therefore, aimed to analyze the plasma concentration of BDNF before and after rehabilitation program of patients with stroke and correlate with Val66Met polymorphism; to identify and to compare the frequency of Val66Met polymorphism in the Brazilian population and in the patients who have suffered strokes. The experimental procedures were approved by the Research Ethics Committee of EACH/USP. The study was divided into two experimental approaches: (i) genotypic characterization of people diagnosed with stroke and their relation to different rehabilitation protocols and plasma BDNF and (ii) populational genetic study to characterize the frequency of Val66Met polymorphism in the Brazilian population. The study included healthy individuals in the states of Alagoas, Rio Grande do Sul and São Paulo (n = 1558) and patients with stroke sequelae (n = 54). The analysis of plasma BDNF was performed by immunoenzymatic test ELISA, and only those individuals undergoing robotic therapy had increased levels of circulating BDNF. The analysis of the polymorphism Val66Met was performed using PCR-RFLP (HRM). There was no association between the polymorphism and the plasma levels of BDNF. The genotypic and allelic frequencies of the Val66Met polymorphism of healthy individuals and stroke were similar. The gender data showed an increase in BDNF levels in women, but age did not interfere with BDNF levels. Considering the results, we can conclude that the polymorphism is not related to the occurrence of stroke and does not affect the plasma levels of serum BDNF. As regards the rehabilitation techniques, robotic therapy may be more effective to trigger neuroplasticity events considering the increase of circulating BDNF after treatment. Through the study population was possible to verify that the profile of miscegenation has changed over the three generations examined and confirmed the presence of the rare polymorphism in black and indigenous people

Orientador: Elenice Aparecida de Moraes Ferrari / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T18:07:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Faria_RodolfoSouza_D.pdf: 4131498 bytes, checksum: 19063a2cb7dfffa9e3e542eeb3359cfc (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O Fator Neurotrófico Derivado do Cérebro (BDNF) participa de processos de plasticidade sináptica subjacentes à aprendizagem e memória. A ação do BDNF no hipocampo e na amígdala é necessária para à formação de memória emocionais, incluindo a memória de medo. Além disso, foi demonstrado em roedores que a persistência da memória aversiva depende um pico tardio na expressão de BDNF-maduro que ocorre no hipocampo. Contudo, ainda são necessárias investigações sobre o papel do BDNF-maduro na plasticidade sináptica e processos de memória em aves. Neste estudo o Experimento 1 investigou se o condicionamento som-choque induz um ciclo tardio de expressão do BDNF-maduro no hipocampo e amígdala de pombos. Pombos adultos receberam implante bilateral de microcânula intra-hipocampal e, sete dias após foram treinados com três pareamentos som-choque e designados para um dos três grupos: condicionamento e anisomicina (CondANI) , condicionado e salina (CondSAL) e condicionado não tratado (Cond). O grupo NAIVE não teve tratamento ou condicionamento. O Experimento 2 investigou se o bloqueio da ação do BDNF-maduro por infusão intra-hipocampal de anisomicina, e do antagonista do receptor TrkB, K252a, interferem na persistência da memória de medo condicionado ao contexto e ao som. Foram usados grupos de pombos que receberam infusão intra-hipocampal 11 h após o treino de salina (CondSAL2 e CondSAL7), anisomicina (CondANI2 e CondANI7), ou K252a (CondK2 e CondK7), e também controles não tratados (Cond2 e Cond7). Os animais foram testados ao contexto e a som 2 ou 7 dias após treino. No Experimento 1 a análise por Western blotting indicou que os valores de BDNF-maduro no hipocampo dos pombos Cond e CondSAL foram maiores do que nos pombos CondANI e NAIVE (p < 0,05). Os valores de BDNF-maduro na amígdala não diferiram entre os grupos condicionados (p > 0,05). No Experimento II não houve diferenças significativas entre grupos no teste ao contexto realizado 2 dias após o treino (p > 0,05), mas no quando testados 7 dias após o treino os grupos CondANI7 e CondK7 apresentaram menor ocorrência de congelamento do que Cond7 e CondSAL7 (p < 0,05). Não houve diferenças significativas entre grupos nos testes ao som realizados 2 e 7 dias após o condicionamento (p > 0,05). Os dados do Experimento I indicaram que o treino em condicionamento clássico aversivo induziu o aumento tardio da expressão BDNF-maduro no hipocampo e na amígdala, enquanto que os dados do Experimento 2 demostraram que a infusão intra-hipocampal de anisomicina e de K252a prejudicaram a persistência da memória de medo condicionado ao contexto, mas não a memória de medo condicionado ao som. Esses resultados estariam relacionados com uma dissociação entre o hipocampo e amígdala no processamento das informações contextuais e sonoras no medo condicionado. Em conjunto nossos dados evidenciam que a experiência do condicionamento ativa uma série de eventos moleculares que levam ao aumento da expressão do BDNF-maduro no hipocampo e na amígdala, garantindo a regulação fina da plasticidade neuronal necessária para a memória / Abstract: The Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) participates in processes of synaptic plasticity underlying learning and memory. The action of BDNF in the hippocampus and amygdala is necessary for the formation of emotional memory, including fear memory. Furthermore, it was demonstrated that rodent aversive memory depends on persistence of a late peak in the expression of mature BDNF, which occurs in the hippocampus. However, we still need further investigations on the role of mature BDNF in synaptic plasticity and memory processes in birds. In this study, Experiment 1 investigated whether the tone-shock conditioning induces a late cycle-expression of mature - BDNF in the hippocampus and amygdala of pigeons. Adult pigeons underwent bilateral implantation of intra-hippocampal microcanullae and seven days later were trained with three tone-shock pairings and assigned to one of three groups: conditioning and anisomycin (CondANI), conditioning and saline (CondSAL) and untreated conditioning (Cond). The NAIVE group had no treatment or conditioning. Experiment 2 investigated whether blockade of the action of mature-BDNF with intra-hippocampal infusion of anisomycin or of TrkB receptor antagonist, K252a, interferes with the persistence of memory of conditioned contextual fear and conditioned tone fear. Groups of birds that at 11 h after the training received intra-hippocampal infusion of saline (CondSAL2 and CondSAL7) anisomycin (CondANI2 and CondANI7) or K252a (CondK2 and CondK7) as well as untreated controls (COND2 and Cond7) were used. Tests to the context and to the tone were conducted 2 days or 7 days after training. In Experiment 1 analysis by Western blotting indicated values of mature-BDNF in the hippocampus of pigeons and Cond CondSAL that were higher than in CondANI and NAIVE pigeons (p < 0.05). The values of mature-BDNF in the amygdala did not differ between the conditioned groups (p > 0.05). In Experiment II there were no significant differences between groups in the context test conducted 2 days after training (p > 0.05), but when tested 7 days after training both the CondANI7 and CondK7 groups showed lower occurrence of freezing than Cond7 and CondSAL7 (p < 0.05). There were no significant differences between groups in the tests to the tone conducted 2 or 7 days after conditioning (p > 0.05). The data of Experiment I indicated that training in classical aversive conditioning induced increase in late expression of mature-BDNF in the hippocampus and amygdala, whereas the data from Experiment 2 showed that intra-hippocampal infusion of anisomycin and K252a disrupted persistence of the memory of contextual fear conditioning, but not of fear memory to the tone. These results could be related to a dissociation between the hippocampus and amygdala in processing auditory and contextual information in fear conditioning. Taken together our data show that the conditioning experience activates a series of molecular events that lead to increased expression of mature-BDNF in hippocampus, and amygdala, which guarantee regulation of neuronal plasticity required for memory / Doutorado / Fisiologia / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Diphenyl ditelluride (PhTe)2 is an organic tellurium compound widely used as an intermediate in organic synthesis reactions and in the industry. Several studies have shown that this compound causes various toxic effects in different tissues. Particularly notable are teratogenic, genotoxic and neurotoxic effects. Although the mechanisms involved in cytotoxicity mediated by the compound are not fully understood, its pro-oxidant activity is directly related to its toxicology. Inhibition of sulfhydryl enzyme and antioxidant, thiol depletion, and lipid peroxidation are biochemical changes found in tissues such as blood, brain, liver and kidney of animals exposed to the compound. On the other hand, there are few histopathological studies showing the effects of exposure to (PhTe)2 in specific organs. Thus, the present study aimed to carry out the anatomopathological evaluation of the brain, kidney, liver and lung of mice exposed subcutaneously acutely (1 dose of 250 μmol/kg) and subchronically (doses 10 and 50 μmol/kg for 7 and 14 days) to the compound. Histological analysis showed that the hepatocytes of animals exposed subchronically to both doses of the compound developed extensive vacuolization of the cytoplasm or hydropic degeneration and hyperchromatic nuclei. Subchronic exposure to 50μmol/kg has also induced nonspecific focal hepatitis and focal necrosis. Hepatic steatosis was observed in animals acutely exposed to the compound. In the kidney, acute and/or subchronic intoxication with (PhTe)2 caused vacuolar degeneration or hydropic degeneration, atrophy and hypertrophy of renal tubules, forming hyaline casts and acute tubular necrosis. Pulmonar edema and vascular congestion were found in the lungs of animals exposed to (PhTe)2 50μmol/kg. Histological analysis of brain tissue revealed that acute and subchronic exposure to (PhTe)2 induced neurodegenerative disorders (neuropil vacuolation, status spongiosus) in the hippocampus and thalamus. The presence of neuronal nuclear pyknosis, the loss of neuronal viability and neuronal death were observed particularly in the hippocampus. Additionally, through immunohistochemistry, we identified glial reaction and loss of pre-synaptic activity in the thalamus and cortex, corresponding to areas of spongiform change. Our findings suggest that exposure to (PhTe)2, subcutaneously causes severe morphological changes in liver, kidney, lung and brain. The data obtained will contribute significantly to increase the knowledge on the toxicology of the compound (PhTe)2, since this is the first work that evaluates the histology of tissues of various organs after intoxication with the compound. / O ditelureto de difenila (PhTe)2 é um composto orgânico de telúrio amplamente usado na indústria, como na produção industrial de borracha, aço e vidro, indústria de nanopartículas, painéis solares, semicondutores bem como intermediário em reações de síntese orgânica. Vários estudos têm demonstrado que esse composto causa diversos efeitos tóxicos em diferentes tecidos. Dentre esses, destacam-se os teratogênicos, os genotóxicos e os neurotóxicos. Embora os mecanismos de ação envolvidos na citotoxicidade mediada pelo composto não se encontrem totalmente esclarecidos, sua atividade pró-oxidante está diretamente ligada a sua toxicologia. Inibição de enzimas sulfidrílicas e antioxidantes, depleção de tióis e peroxidação lipídica são alterações bioquímicas encontradas em tecidos como sangue, cérebro, fígado e rim de animais expostos ao composto. Por outro lado, são raros na literatura estudos histopatológicos mostrando os efeitos da exposição ao (PhTe)2 em órgãos específicos. Assim, o presente estudo teve como objetivo realizar a avaliação anatomopatológica de cérebro, rim, fígado e pulmão de camundongos expostos, via subcutânea, de forma aguda (1 dose de 250 μmol/kg) e subcrônica (doses de 10 e 50 μmol/kg por 7 e 14 dias) ao composto. As análises histológicas revelaram que os hepatócitos dos animais expostos subcronicamente a ambas as doses do composto desenvolveram extensa vacuolização do citoplasma ou degeneração hidrópica e núcleos hipercromáticos. A exposição subcrônica a 50 μmol/kg também induziu hepatite focal e não específica, e necrose focal. Esteatose hepática foi verificada nos animais agudamente expostos ao composto. Em rim, a intoxicação aguda e subcrônica com (PhTe)2 provocou degeneração vacuolar ou degeneração hidrópica, atrofia e hipertrofia de túbulos renais, formação de moldes (casts) hialinos e necrose tubular aguda. Edema e congestão vascular foram encontrados nos pulmões dos animais expostos a 50 μmol/kg de (PhTe)2. A análise histológica do tecido cerebral revelou que a exposição aguda e subcrônica ao (PhTe)2 induziu alterações neurodegenerativas (vacuolização do neurópilo, status spongiosus) na região do tálamo e hipocampo. A presença de picnose nuclear de neurônios, a perda de viabilidade neuronal e foram particularmente observados no na camada granular do hipocampo. Adicionalmente, através de técnica imunoistoquímica, foram identificadas reação glial e perda de atividade pré-sináptica na região do tálamo e córtex, correspondentes às áreas de alteração espongiforme. Nossos achados sugerem que a exposição ao (PhTe)2, por via subcutânea, provoca severas alterações morfológicas em fígado, rim, pulmão e cérebro. Os dados obtidos contribuirão de forma significativa para aumentar o conhecimento sobre a toxicologia do composto (PhTe)2, uma vez que, este é o primeiro trabalho que avalia a histologia de tecidos de vários órgãos após a intoxicação com o composto.

As Interfaces Cérebro-Computador (do inglês Brain-Computer Interfaces BCI) são sistemas que visam permitir a interação entre usuários e máquinas por meio do monitoramento das atividades cerebrais. Sistemas de BCI são considerados como uma alternativa para que pessoas com perda severa ou total do controle motor, tais como as que sofrem de Esclerose Lateral Amiotrófica, possam contar com algum controle sobre o ambiente externo. Para mapear intenções individuais em operações de máquina, os sistemas de BCI empregam um conjunto de etapas que envolvem a captura e pré-processamento dos sinais cerebrais, a extração e seleção de suas características mais relevantes e a classificação das intenções. O projeto e a implementação de sistemas de BCI viáveis ainda são questões em aberto devido aos grandes desafios encontrados em cada uma de suas etapas. Esta lacuna motivou este trabalho de mestrado o qual apresenta uma avaliação dos principais extratores de características utilizados para classificar ensaios de imagética motora, cujos dados foram obtidos por meio de eletroencefalografia (EEG) e apresentam influências de artefatos, mais precisamente daqueles produzidos por interferências provenientes de atividades oculares (monitoradas por eletrooculografia EOG). Foram considerados sinais coletados pela BCI Competition IV-2b, os quais contêm informações sobre três canais de EEG e três outros de EOG. Como primeira etapa, foi realizado o pré-processamento desses canais utilizando a técnica de Análise de Componentes Independentes (ICA) em conjunto com um limiar de correlação para a remoção de componentes associados a artefatos oculares. Posteriormente, foram avaliadas diferentes abordagens para a extração de características, a mencionar: i) Árvore Diádica de Bandas de Frequências (ADBF); ii) Padrões Espaciais Comuns (CSP); iii) Padrões Espectro-Espaciais Comuns (CSSP); iv) Padrões Esparsos Espectro-Espaciais Comuns (CSSSP); v) CSP com banco de filtros (FBCSP); vi) CSSP com banco de filtros (FBCSSP); e, finalmente, vii) CSSSP com banco de filtros (FBCSSSP). Contudo, como essas técnicas podem produzir espaços de exemplos com alta dimensionalidade, considerou-se, também, a técnica de Seleção de Características baseada em Informação Mútua (MIFS) para escolher os atributos mais relevantes para o conjunto de dados adotado na etapa de classificação. Finalmente, as Máquinas de Vetores de Suporte (SVM) foram utilizadas para a classificação das intenções de usuários. Experimentos permitem concluir que os resultados do CSSSP e FBCSSSP são equiparáveis àqueles produzidos pelo estado da arte, considerando o teste de significância estatística de Wilcoxon bilateral com confiança de 0, 95. Apesar disso o CSSSP tem sido negligenciado pela área devido ao fato de sua parametrização ser considerada complexa, algo que foi automatizado neste trabalho. Essa automatização reduziu custos computacionais envolvidos na adaptação das abordagens para indivíduos específicos. Ademais, conclui-se que os extratores de características FBCSP, CSSP, CSSSP, FBCSSP e FBCSSSP não necessitam da etapa de remoção de artefatos oculares, pois efetuam filtragens por meio de modelos autoregressivos. / Brain-Computer Interfaces (BCI) employ brain imaging to enable human-machine interaction without physical control. BCIs are an alternative so that people suffering from severe or complete loss of motor control, like those with Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), may have some interaction with the external environment. To transform individual intentions onto machine operations, BCIs rely on a series of steps that include brain signal acquisition and preprocessing, feature extraction, selection and classification. A viable BCI implementation is still an open question due to the great challenges involved in each one of these steps. This gap motivated this work, which presents an evaluation of themain feature extractors used to classify Motor Imagery trials, whose data were obtained through Electroencephalography (EEG) influenced by ocular activity, monitored by Electrooculography (EOG). In this sense, signals acquired by BCI Competition IV-2b, were considered. As first step the preprocessing was performed through Independent Component Analysis (ICA) together with a correlation threshold to identify components associated with ocular artifacts. Afterwards, different feature extraction approaches were evaluated: i) Frequency Subband Dyadic Three; ii) Common Spatial Patterns (CSP); iii) Common Spectral-Spatial Patterns (CSSP); iv) Common Sparse Spectral-Spatial Patterns (CSSSP); v) Filter Bank Common Spatial Patterns (FBCSP); vi) Filter Bank Common Sectral-Spatial Patterns (FBCSSP); and, finally, vii) Filter Bank Sparse Spectral- Spatial Patterns (FBCSSSP). These techniques tend to produce high-dimensional spaces, so a Mutual Information-based Feature Selection was considered to select signal attributes. Finally, Support Vector Machines were trained to tackle the Motor Imagery classification. Experimental results allow to conclude that CSSSP and FBCSSSP are statistically equivalent the state of the art, when two-sided Wilcoxon test with 0, 95 confidence is considered. Nevertheless, CSSSP has been neglected by this area due to its complex parametrization, which is addressed in this work using an automatic approach. This automation reduced computational costs involved in adapting the BCI system to specific individuals. In addition, the FBCSP, CSSP, CSSSP, FBCSSP and FBCSSSP confirm to be robust to artifacts as they implicitly filter the signals through autoregressive models.

Esta dissertação de mestrado tem por objetivo analisar os conjuntos-K, uma hierarquia de redes neurais biologicamente mais plausíveis, e aplicá-los ao problema de classificação de imagética motora através do eletroencefalograma (EEG). A imagética motora consiste no ato de processar um movimento motor da memória humana de longo tempo para a memória de curto prazo. A imagética motora deixa um rastro no sinal do EEG que torna possível a identificação e classificação dos diferentes movimentos motores. A tarefa de classificação de imagética motora através do EEG é reconhecida como complexa devido à não linearidade e quantidade de ruído da série temporal do EEG e da pequena quantidade de dados disponíveis para aprendizagem. Os conjuntos-K são um modelo conexionista que simula o comportamento dinâmico e caótico de populações de neurônios do cérebro e foram modelados com base em observações do sistema olfatório feitas por Walter Freeman. Os conjuntos-K já foram aplicados em diversos domínios de classificação diferentes, incluindo EEG, tendo demonstrado bons resultados. Devido às características da classificação de imagética motora, levantou-se a hipótese de que a aplicação dos conjuntos-K na tarefa pudesse prover bons resultados. Um simulador para os conjuntos-K foi construído para a realização dos experimentos. Não foi possível validar a hipótese levantada no trabalho, dado que os resultados dos experimentos realizados com conjuntos-K e imagética motora não apresentaram melhorias significativas para a tarefa nas comparações realizadas. / This dissertation aims to examine the K-sets, a hierarchy of biologically plausible neural networks, and apply them to the problem of motor imagery classification through electroencephalogram (EEG). Motor imagery is the act of processing a motor movement from long-term to short-term memory. Motor imagery leaves a trail in the EEG signal, which makes possible the identification and classification of different motor movements. Motor imagery classification is a complex problem due to non-linearity of the EEG time series, low signal-to-noise ratio, and the small amount of data typically available for learning. K-sets are a connectionist model that simulates the dynamic and chaotic behavior of populations of neurons in the brain, modeled based on observations of the olfactory system by Walter Freeman. K-sets have already been used in several different classification domains, including EEG, showing good results. Due to the characteristics of motor imagery classification, a hypothesis that the application of K-sets in the task could provide good results was raised. A simulator for K-sets was created for the experiments. Unfortunately, the hypothesis could not be validated, as the results of the conducted experiments with K-sets and motor imagery showed no significant improvements in comparison in the task performed.

O gene, uma seqüência de nucleotídeos necessária para a síntese de moléculas funcionais, é transcrito e regulado por um conjunto de processos e fatores extremamente complexos. Entender o momento e o tecido em que os genes são expressos, as isoformas funcionais, as regiões controladoras e os fatores envolvidos na regulação da expressão de cada gene é um dos grandes desafios da biologia molecular moderna. Hoje, com a enorme quantidade de informações de seqüências genômicas e de transcriptomas, aliado ao desenvolvimento de métodos computacionais para agrupar e analisar estes dados em larga escala, o estudo dos fenômenos relacionados à transcrição e regulação gênica está passando por uma revolução. Por exemplo, é possível medir, concomitantemente, a expressão gênica de milhares de genes em diferentes tecidos, assim como identificar diversos fenômenos que atuam nestes genes. Neste trabalho nós desenvolvemos e aplicamos métodos computacionais no estudo de quatro temas envolvendo aspectos chave da transcrição e regulação gênica. No primeiro trabalho, nós abordamos a expressão gênica tecido-específica através do estudo dos genes expressos no cérebro e em dez regiões cerebrais de camundongo. No segundo trabalho, nós identificamos seqüências potencialmente envolvidas no controle da transcrição gênica através do estudo de motivos sobre representados na região promotora dos genes de receptores olfativos. No terceiro trabalho, analisamos o transcriptoma humano quanto a presença de eventos de retenção de intron, um tipo de splicing alternativo. No quarto trabalho, nós abordamos a complexidade do transcriptoma e a regulação da expressão gênica através do estudo de pares de genes senso-antisenso em humanos e camundongos. Em todos os trabalhos, obtivemos resultados que nos permitiram tirar conclusões específicas sobre cada fenômeno estudado e nos mostraram a importância de estudá-los através de uma abordagem em larga escala. Adicionalmente, verificamos que os nossos métodos computacionais foram eficientes e adequados para o estudo da transcrição e regulação gênica em Homo sapiens e Mus musculus. / Genes, nucleotide sequences necessary for the synthesis of functional molecules, are transcribed and regulated by extremely complex cellular and molecular processes. To understand when and in which tissues the genes are expressed, their functional isoforms, control regions and the factors involved in gene regulation is one of major challenges of modern molecular biology. Today, the availability of complete genome sequences and transcriptomes, together with the development of new computational methods allows the study of phenomena related to the transcription and gene regulation in a large scale. For example, it is possible to quantify, concomitantly, gene expression of thousands of genes in different tissues and analyze different aspects of their regulation. In this work we developed and applied computational methods to the study of four key aspects of gene transcription and regulation. In the first study, we addressed tissue specific gene expression through the study of genes that are preferentially expressed in the brain and ten different mouse brain regions. In the second study, we identified sequences that are potentially involved in the control of gene transcription through the study of motifs that are over represented in the promoter region of olfactory receptor genes. In the third study, we browsed the human for the presence of intron retention, a type of alternative splicing. In the fourth study, we addressed the transcriptoma complexity and gene expression regulation through the study of pair of sense-antisense genes in human and mouse. In all studies, our results allowed us to make specific conclusions about each phenomenon analyzed which showed us the importance of a large scale approach. In addition, we verified that our computational methods can be efficiently applied to the study of transcription and gene regulation in Homo sapiens and Mus musculus.