Submitted by Diogo Misoguti (diogo.misoguti@gmail.com) on 2017-12-20T10:31:42Z No. of bitstreams: 1 Tese-15850.pdf: 1452320 bytes, checksum: 5fdc2d87485efb0b40058c462ae81ca6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-20T10:31:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese-15850.pdf: 1452320 bytes, checksum: 5fdc2d87485efb0b40058c462ae81ca6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Associação Fundo de Incentivo à Psicofarmacologia (AFIP) / Diversos estudos sugerem a existência de múltiplos sistemas de memória, que interagem entre si, de forma competitiva ou comparativa. Existem evidências de que os processos de aprendizagem e memória dependem da integridade do hipocampo, estriado e córtex pré-frontal. Já foi demonstrado que essas três estruturas estão envolvidas com o condicionamento de medo, uma tarefa comportamental que avalia a memória. Durante o treino da tarefa de condicionamento de medo, utiliza-se um choque nas patas que pode ser pareado com o ambiente (contexto foreground; CMC) ou com um estímulo discreto, como um som (nesse caso, o condicionamento do contexto fica em segundo plano, chamado de contexto background; CMS). Outra maneira de se estudar a memória é por meio da biologia molecular, estudando genes relacionados a plasticidade neural, como os genes de expressão imediata. No entanto, o papel do estriado no condicionamento de medo ao som (CMS) ainda não totalmente esclarecido. Nosso objetivos foi avaliar a expressão dos genes de expressão imediata após uma tarefa de memória no estriado. No presente estudo, o hipocampo foi inativado com AP-5 a fim de se verificar a possível interação entre estruturas cerebrais, através da análise dos genes de expressão imediata (IEGs) c-fos, Egr-1 e Arc no hipocampo, estriado e córtex pré-frontal após o treino da tarefa de CMS. Na primeira etapa do estudo, foi possível observar que o AP-5 causou um prejuízo no CMC, mas não no CMS. Na segunda etapa do estudo, verificamos a expressão gênica (por meio da técnica de PCR em tempo real) e protéica (por meio da técnica de westen blot) dos IEGS 30 e 90 minutos após o treino do CMS. Quando o CMS fosse realizado e o hipocampo estivesse inativado com AP-5, era de se esperar que a participação contextual fosse menor; assim, a participação do estriado nesse tipo de condicionamento poderia ser melhor estudada. No entanto, os nossos dados sugerem que a administração de AP-5 no hipocampo não interfere com a expressão proteica de c-fos, egr1 e arc no estriado, já que os grupos de animais que receberam AP-5 são iguais aos seus grupos controles que receberam salina. Além disso, a administração de AP-5 diretamente no hipocampo aumentou a expressão gênica dos IEGs 30 minutos depois da tarefa. Por fim, os dados mostram que os grupos que receberam o pareamento e o grupo só exposto ao ambiente apresentam uma menor expressão protéica relativa de EGR1 quando comparado aos animais que só receberam a administração de droga. Uma menor expressão dos IEGs pode estar relacionada com o funcionamento da via neuroanatômica do estriado, relacionado com o padrão de ativação dos neurônios dopaminérgicos, que modificaria a plasticidade sináptica no estriado. O presente estudo mostra como as estruturas relacionadas à memória e à aprendizagem, como o estriado e córtex pré-frontal estão envolvidas na tarefa do condicionamento de medo ao som. / Several studies suggest the existence of multiple memory systems that interact in a competitive or comparative way. There are evidences that the processes of learning and memory depend on the integrity of the regions of the hippocampus, striatum and prefrontal cortex. It has been shown that these three structures are involved in fear conditioning, a task that evaluates emotional memory. During the training of fear conditioning task, a footshock can be paired with the environment (context foreground; CFC) or a cued stimulus such as a sound (in this case, the conditioning of the context is secondary, called contextual background; TFC). This memory can also be evaluated by techniques of molecular biology, studying genes involved in neural plasticity, such as the expression of immediate early genes (IEGs). Our hypothesis was to evaluate the expression of IEGs after an aversive memory task. In the present study, the hippocampus was inactivated with administration of AP-5, a glutamate antagonist, in order to verify the possible interaction between these brain structures by analyzing the IEGs c-fos, Egr1 and Arc in the hippocampus, prefrontal cortex and striatum after TFC training task. In the first part of the study, it was observed that the AP-5 impairs CFC, but not TFC. In the second part of the study, we evaluated gene expression (by real-time PCR) and protein expression (by Western blot) of IEGs 30 and 90 minutes after TFC training. When TFC was performed and the hippocampus was inactivated with AP-5, it was expected a lesser contextual participation, so the participation of the striatum in this type of conditioning could be better studied. However, our data suggests that administration of AP-5 in the hippocampus do not interfere with the expression of c-fos, Egr1 and Arc in striatum, hippocampus and prefrontal cortex, since groups of animals that received AP-5 have similar expression when compared to control groups that received saline. Furthermore, administration of AP-5 directly in the hippocampus increased gene expression of IEGs in this structure 30 minutes after TFC training. Finally, the data shows that paired group and context and sound-exposed group have a lower relative EGR1 protein expression when compared to animals that were not subjected to any Several studies suggest the existence of multiple memory systems that interact in a competitive or comparative way. There are evidences that the processes of learning and memory depend on the integrity of the regions of the hippocampus, striatum and prefrontal cortex. It has been shown that these three structures are involved in fear conditioning, a task that evaluates emotional memory. During the training of fear conditioning task, a footshock can be paired with the environment (context foreground; CFC) or a cued stimulus such as a sound (in this case, the conditioning of the context is secondary, called contextual background; TFC). This memory can also be evaluated by techniques of molecular biology, studying genes involved in neural plasticity, such as the expression of immediate early genes (IEGs). Our hypothesis was to evaluate the expression of IEGs after an aversive memory task. In the present study, the hippocampus was inactivated with administration of AP-5, a glutamate antagonist, in order to verify the possible interaction between these brain structures by analyzing the IEGs c-fos, Egr1 and Arc in the hippocampus, prefrontal cortex and striatum after TFC training task. In the first part of the study, it was observed that the AP-5 impairs CFC, but not TFC. In the second part of the study, we evaluated gene expression (by real-time PCR) and protein expression (by Western blot) of IEGs 30 and 90 minutes after TFC training. When TFC was performed and the hippocampus was inactivated with AP-5, it was expected a lesser contextual participation, so the participation of the striatum in this type of conditioning could be better studied. However, our data suggests that administration of AP-5 in the hippocampus do not interfere with the expression of c-fos, Egr1 and Arc in striatum, hippocampus and prefrontal cortex, since groups of animals that received AP-5 have similar expression when compared to control groups that received saline. Furthermore, administration of AP-5 directly in the hippocampus increased gene expression of IEGs in this structure 30 minutes after TFC training. Finally, the data shows that paired group and context and sound-exposed group have a lower relative EGR1 protein expression when compared to animals that were not subjected to any / FAPESP: 2008/04305-2

Submitted by Alberto Vieira (martins_vieira@ibest.com.br) on 2018-02-07T23:20:32Z No. of bitstreams: 1 213156.pdf: 8809114 bytes, checksum: 6f63636896b1be11b8ef28da02574089 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-07T23:20:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 213156.pdf: 8809114 bytes, checksum: 6f63636896b1be11b8ef28da02574089 (MD5) Previous issue date: 1994-12 / CAPES / FINEP / A mobilização rápida de citocromo-oxidase por estimulação visual foi estudada em doze gatos (Felis catus) e três macacos (Cebus apella). A estimulação visual de baixa frequência espacial, desprovida de orientação espacial e com grandes variações de brilho ou cor permitiu a visualização de grumos ricos em citocromo-oxidase em preparações planas do córtex visual de gatos. Estes grumos apareceram nas camadas supragranulares de Vl, V2, V3 e outras áreas extra-estriadas do gato, e são morfologicamente equivalentes aos blobs recentemente descritos em gatos através de métodos histoquímicos não-convencionais. A análise morfométrica revela um aumento do tamanho médio de blobs de Vl para V2 e de V2 para V3. A análise densitométrica de secções do córtex estriado de macacos estimulados monocularmente por diferentes tempos revelou um pico de ativação de citocromo-oxidase em trinta minutos de estimulação, seguido de queda da densidade óptica em tempos maiores. Estes resultados indicam que o fenômeno seja fásico. A estimulação monocular por luz estroboscópica permite evidenciar colunas de dominância ocular em Vl de macaco após trinta minutos. O fenômeno de mobilização rápida de citocromo-oxidase pode provir da ativação imediata de um ou mais genes que codificam suas subunidades, de interações alostéricas com ATP ou da redistribuição local de mitocôndrias. / The cytochrome oxidase fast mobilization was studied in twelve cats (Felis catus) and three monkeys (Cebus apella). Visual stimulus of low spatial frequency, with variations in colour and brightness and no spatial orientation allowed the observation of cytochrome oxidase-rich patches in flattened sections of cat's visual cortex. The patches appeared in Vl, V2 and V3 supragranular layers, as well as in other extra-striated areas. Morphologically, those patches are equivalent to the blobs recently described in cat by improved histochemical methods. The morphometric analysis reveals that blobs medium size tend to increase from Vl to V2 and from V2 to V3. The densitometric analysis of monocularly stimulated monkey' s striate cortex sections shows a cytochrome-oxidase activation peak after thirty minutes of stimulation, followed by a decrease in optical density at greater times. This indicates that the phenomena is composed of two distinct phases. The monocular stimulation by stroboscopic light shows ocular dominance columns in monkey's Vl after thirty minutes. The cytochrome oxidase fast mobilization phenomena may be the product of the immediate activation of one or more genes of the enzyme' s subunits, of allosteric interactions with ATP, or of local redistribution of mitochondria.

O córtex visual desempenha papel essencial no processamento de informação visual. A primeira região do córtex a receber estímulos visuais é o córtex visual primário (V1) e pode ser subdividida anatomicamente em seis camadas, onde cada camada contém diferentes tipos e números de neurônios. Entender a forma como a informação é processada entre as diferentes camadas envolve o estudo da dinâmica dos padrões coletivos de atividade neural quando a rede é exposta a diferentes situações e como esses padrões relacionam-se com a organização estrutural e funcional da rede cortical. Essa dinâmica é afetada por mecanismos de plasticidade sináptica, de maneira que modelos computacionais que busquem capturá-la devem incluir tais mecanismos. Neste trabalho foi construído um modelo computacional de uma rede neural com 4000 neurônios baseada em informações sobre a estrutura local das conexões em V1 disponíveis na literatura neurobiológica. O modelo contém características estruturais consideradas fundamentais tais como: proporção entre neurônios inibitórios e excitatórios e probabilidades de conexões entre neurônios de diferentes populações em diferentes camadas. Os neurônios foram descritos pelo modelo de Izhikevich, reproduzindo três classes eletrofisiológicas mais abundantes no córtex: neurônios de disparo regular, para os excitatórios; neurônios de disparo rápido e baixo limiar de disparo, para os inibitórios. A regra de plasticidade sináptica utilizada foi do tipo plasticidade dependente dos tempos dos disparos neuronais (STDP em inglês), que pode fortalecer ou enfraquecer a força da conexão entre dois neurônios dependendo dos instantes dos seus disparos. Foram utilizadas versões diferentes dessa regra de plasticidade para sinapses excitatórias (STDPe) e inibitórias (STDPi). Foram simuladas situações com e sem plasticidade e alterando o tipo de neurônio inibitório presente na rede. Para cada uma, três protocolos de estimulação da rede foram utilizados: 1 estimulação por trens de disparos poissonianos aplicada a neurônios da camada 4 (simulando entradas talâmicas) e aplicada aleatoriamente aos neurônios da rede como ruído de fundo; 2 - pulsos aplicados a neurônios da camada 4 simulando estimulação visual com barras luminosas com diferentes orientações angulares; 3 - similar ao segundo protocolo, porém, estimulando a rede com dois pulsos alternantes de diferentes ângulos. Os parâmetros do modelo foram ajustados para que a atividade neural tivesse baixas frequências de disparos coerentes com dados experimentais. Esse ajuste foi mais fácil nos casos em que os neurônios inibitórios eram do tipo FS e havia STDPi. Os resultados mostraram que, de modo geral, os neurônios do tipo LTS contribuem para a formação de atividade síncrona na rede e este efeito foi amplificado com a STDPe. Para todos os protocolos, a STDPe aumentou a frequência média de disparos da rede e, para o segundo experimento, apesar da seletividade à orientação dos neurônios não ter sido alterada significativamente, houve mudanças visíveis na formação de assembleias funcionais. A competição da atividade dos neurônios no experimento 3 na presença da STDPe foi intensificada fortalecendo respostas funcionais de neurônios que não respondiam a ambos os estímulos. O balanço entre os dois tipos de regra de STDP manteve o equilíbrio entre as forças das conexões excitatórias e inibitórias. / The visual cortex plays essential role in the processing of visual information. The first region of the cortex that receives visual stimuli is the primary visual cortex (V1) or striate cortex, which can be anatomically divided into six layers, where each layer has different types and numbers of neurons. Understanding the way in which information is processed by the different layers involves the study of the dynamics of collective patterns of neural activity when the network is exposed to different situations, and how these patterns are related with the structural and functional organization of cortical network. This dynamics is affected by mechanisms of synaptic plasticity, so computational models which seek to capture it should include them. In this project a computational model of a neural network was built with 4000 neurons based on information on local connectivity in V1 from the neurobiological literature. The model has realistic structural characteristics such as the proportion between inhibitory and excitatory neurons and the connection probabilities among neurons from different populations of different layers. Neurons were described by the Izhikevich model, reproducing the three most abundant electrophysiological classes in cortex: RS, for the excitatory ones; FS and LTS, for the inhibitory neurons. The synaptic plasticity rule used was spike-timing dependent plasticity (STDP), whereby the synaptic strength between two neurons can increase or decrease depending on the timing of their spikes. Were used different versions of this plasticity rule to synapses made by excitatory neurons (STDPe) and by inhibitory neurons (STDPi). Different scenarios were simulated with and without plasticity and changing the type of inhibitory neuron present in the network. For each configuration, three network stimulation protocols were used: 1 - stimulation applied to layer 4 neurons (simulating thalamic inputs) modeled by Poissonian spike trains and background noise applied to all network neurons modeled in a similar manner; 2 - pulses applied to layer 4 neurons simulating visual stimulation with light bars at different angular directions; 3 - similar to the second protocol, however, stimulating the network with two alternating pulses of different angles. The parameters of the model were adjusted so that neural activity had low spike frequencies consistent with experimental data. This adjustment was easier in cases where inhibitory neurons were of FS type and had STDPi. The results showed that, in general, LTS neurons contribute to the formation of synchronous activity in the network and this effect was amplified with the insertion of STDPe. For all protocols, the STDPe increased the average firing frequency of the network. For Experiment 2, although the orientation selectivity of the neurons did not change significantly, there have been noticeable changes in the formation of functional assemblies. The competition of the activity of neurons in Experiment 3 in the presence of STDPe strengthened functional responses of neurons that do not respond to both stimuli. The balance between the two types of STDP rule maintained the equilibrium between excitatory and inhibitory connections.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-08-18T12:54:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Antonio Jorge Fontenele Neto.pdf: 9942923 bytes, checksum: 9de5bf466a9fc72acbc6a2a2d3a9c57c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-18T12:54:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Antonio Jorge Fontenele Neto.pdf: 9942923 bytes, checksum: 9de5bf466a9fc72acbc6a2a2d3a9c57c (MD5) Previous issue date: 2015-08-25 / CAPEs / O córtex visual primário (V1) é a região do córtex cerebral responsável pela primeira etapa de processamento da informação visual capturada pela retina. Por ser uma das áreas corticais melhor compreendidas, V1 constitui um dos principais paradigmas de compreensão do processamento sensorial. Desde os anos 70 há uma extensa literatura que estuda propriedades de resposta de neurônios de V1, principalmente com eletrodos individuais e utilizando-se como modelo animal gatos e macacos. Tem-se conhecimento de onde partem seus principais inputs e quais estímulos fazem os neurônios dispararem (grades senoidais com determinadas frequências espaciais e temporais). Mais recentemente, com o uso de matrizes de eletrodos, se tornou possível a investigação de propriedades coletivas da atividade e codificação neurais, que não eram possíveis de serem desvendadas com eletrodos individuais. Além disso, no estado da arte tecnológico atual, o uso do rato como modelo animal permite o registro da atividade neural com os animais em comportamento livre (sem anestesia ou contenção). No entanto, pouco se sabe sobre especificidades das propriedades de resposta dos neurônios do córtex visual do rato. Este trabalho teve por objetivo desenvolver um aparato e um protocolo experimental no Laboratório de Neurociência de Sistemas e Computacional adequado para estudo das propriedades de resposta de neurônios de V1 de ratos usando matrizes de eletrodos. Finalmente, apresentamos resultados experimentais onde caracterizamos respostas de neurônios de V1 a diferentes estímulos visuais (Funções de Gabor ou Grades) seja em ruído denso ou rarefeito, variando as propriedades de frequências temporal e espacial de estimulação, densidades de estímulos, velocidade, etc. Concluímos que implementamos com sucesso a técnica experimental, que abre inúmeras perspectivas futuras de pesquisas nesta linha no Departamento de Física da Universidade Federal de Pernambuco. / The primary visual cortex (V1) is the cerebral cortex region responsible for the first processing step of the visual information captured by the retina. Being one of the most studied and well described cortical sensory areas, V1 is one of the main paradigms for the study of sensory processing. Since the 70s, there is a vast literature that studies properties of V1’s neurons, specially using single electrodes and using cats and monkeys as animal models. The anatomical conectivity of the visual pathway is known, from the retina to the lateral geniculate nucleus to V1, as well as the main visual stimulations that make V1 neurons fire (sinusoidal gratings with certain spatial and temporal frequencies). More recently, using multielectrode arrays, it became possible to study coletive properties of the activity and neural codification, that could not be unveiled with single electrodes. Furthermore with, the current state of the art in multielectrode recordings it is possible to record the neural activity in frelly behaving rats (without anesthesia or restraint). This represents an advantage in using the rat as animal model. However, little is known about specificities of the V1 neurons response properties in the rat. The aim of this work is to develop, in the Laboratório de Neurociência de Sistemas e Computacional, an apparatus and an experimental protocol suitable for the study of visual response properties of V1’s neurons in rats, using multielectrode array recordings. Finally, we present experimental results that characterize the response of V1’s neurons with different visual stimuli (Gabor or Grating Functions), either in dense os sparse noise modes, varying the spatial and temporal stimulation frequencies, stimulus density, speed, etc. We conclude that the experimental technique was implemented successfully. These results open important perspectives of future research on this field for the Departamento de Física at the Universidade Federal de Pernambuco.

Esta pesquisa pretendia estabelecer um mapa espaço temporal das respostas de vernier no córtex visual humano. O uso do potencial visual provocado de varredura (PVPv) proporciona medidas eficientes e sensíveis dos limiares de vernier com os quais se pode começar a examinar as respostas corticais de vernier no âmbito dos parâmetros espaço temporais. As respostas de vernier foram avaliadas em relação à hipótese de que os sinais retinianos provenientes das células ganglionares da via magnocelular e não da via parvocelular compõem o input neural para córtex que é utilizado para gerar as respostas de vernier (tarefas de localização de alta precisão Lee et a., 1990; Lee et al., 1995). Métodos: As respostas de vernier no córtex humano foram medidas por meio do potencial visual provocado de varredura (PVPv). Quebras de vernier foram introduzidas em grades de ondas quadradas de produzindo colunas verticais intercaladas de barras estáticas e móveis. Medidas binoculares da acuidade vernier foram feitas em grades de alto contraste (64%) em função de 3 frequências temporais (3, 6 e 15 Hz) e 2 frequências espaciais (1 e 8 c/g). Medidas utilizando grades de baixo contraste foram feitas em função de 3 frequências temporais (3, 6 e 10Hz) e 3 frequências espaciais (1, 2 e 8c/g) em ambos os protocolos (alto e baixo contraste) as medidas foram feitas utilizando o PVPv. Foi utilizado o sistema POWER DIVA que utiliza a metodologia dos mínimos quadrados recursivos para extrair a amplitude e fase da resposta nos harmônicos selecionados da frequência do estímulo. Foram analisados o primeiro (1F1) e o segundo (2F1) harmônicos neste estudo. Com base em estudos anteriores, assume-se que o primeiro componente harmônico refere-se às respostas ao estímulo de vernier, e o segundo às respostas ao movimento relativo dos elementos do estímulo. Esta hipótese foi testada por meio da utilização de protocolos controle para ambos os arranjos de estímulos (alto e baixo contraste) em que foram utilizados os mesmos parâmetros, porém com deslocamentos entre as barras completamente simétricos (elementos da grade jamais se alinhavam). O sistema POWER DIVA calcula para cada segundo de janela de análise (bin) a amplitude local. A amplitude média do ruído nos 10 bins de análise é utilizada para calcular a razão sinal ruído para cada bin. Apenas sinais com razão sinal ruído maior que 3 foram considerados resposta. A média vetorial de 8 tentativas para cada condição de estímulo foi utilizada para determinar os limiares.Resultados: Os dados são consistentes com dados psicofísicos anteriores, especialmente os dados de Bradley & Skottun (1987) que demonstraram decréscimo significativo nos limiares de vernier com o aumento da frequência espacial. Os limiares eletrofisiológicos de vernier obtidos com o presente trabalho mostraram-se paralelos aos dados psicofísicos em função das frequências espaciais em ambos os protocolos. Os limiares no 1F1 também demonstraram redução significativa com o aumento da frequência temporal em altas frequências espaciais / The research was directed at establishing a spatiotemporal map of human cortical vernier responses. The use of swept-parameter, steady state visual evoked potential (sweep VEP, or sVEP) provides efficient and sensitive measurement of vernier thresholds with which to begin to examine cortical vernier responses over the spatio-temporal parameter space. The vernier responses were evaluated in relation to the hypothesis that the magnocellular (M) but not parvocellular (P) ganglion cell retinal output forms the neural input to cortex that is used to derive vernier (high precision localization task - Lee et al., 1990; Lee et al., 1995). Methods: Human cortical vernier responses were measured using the sweep visual evoked potential (sVEP). Vernier offsets are introduced into a square wave grating producing interleaved vertical columns of moving and static bars. Binocular measurements of the vernier acuity were made using high contrast (64%) gratings as a function of 3 temporal frequencies (TF = 3, 6 and 15 Hz) and 2 spatial frequencies (SF = 1 and 8 c/g). Measurements were also made at low contrast (8%) as a function of 3 temporal frequencies (3, 6 and 10Hz) and 3 spatial frequencies (1, 2 and 8c/g) using the sVEP. The POWER DIVA system uses the recursive least squares to extract the response amplitude and phase at selected harmonics of the stimulus frequency. We analyzed the evoked potentials at the first (1F1 fundamental) and second (2F1) harmonics. Based on prior research, we take the 1F1 component to be the specific response to the periodic vernier onset/offset, while the 2F1 component reflects local relative motion responses. We checked this assumption by also measuring sVEPs using a motion control protocol in which equivalent displacement amplitudes were presented in and identical stimulus array, but with the displacements being completely symmetrical alternations between two states of misalignment (grating elements were never aligned). To ensure that the amplitude data used for the regression and extrapolation to threshold is really a response to stimulus instead of noise, POWER DIVA calculates, for each 1-second analysis window (time bin), a local noise amplitude. The mean noise amplitude across 10 analysis bins is used to calculate the signal to noise ratio for each time bin. Only signals with a signal to noise ratio > 3 were considered as a response. The vector average of at least 8 trials was used to determine thresholds. Results: The data are consistent with some comparable prior psychophysical data, especially data from Bradley & Skottun (1987) who showed significant decrease in the vernier thresholds with the increase of spatial frequency. Our cortical (sVEP) vernier thresholds paralleled the psychophysical data as a function of SF in both protocols. The 1F1 (vernier) thresholds also exhibited a significant decrease with increase of temporal frequency at high SF

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-02-05T14:34:49Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_FatorCrescimentoNeuronal.pdf: 38042844 bytes, checksum: b2a216ed89436f7be2266c82bad857e1 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2014-02-05T16:32:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_FatorCrescimentoNeuronal.pdf: 38042844 bytes, checksum: b2a216ed89436f7be2266c82bad857e1 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-05T16:32:48Z (GMT). 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A alteração na concentração do fator de crescimento assim como a morfometria neuronal foram avaliadas em animais permissíveis (camundongos) e não permissíveis (ratos) à infecção. Foram utilizados 174 ratos (Hooded Lister) e 135 camundongos albinos criados e mantidos em gaiolas e alimentados ad libitum. Esses animais foram inoculados, logo após o nascimento, com 50 cercárias. Setenta e sete ratos e 73 camundongos foram inoculados com solução salina e constituíram o grupo controle do estudo. Os períodos de infecção abrangeram uma a 48 semanas. Amostras do fígado e córtex visual foram retiradas, extraídas e quantificadas com kit de imunoensaio (ChemiKineTM Nerve Growth Factor (NGF) Sandwich ELISA Kit – Chemicon International). Para a análise morfométrica utilizamos células piramidais da camada IV do córtex visual marcadas através de injeção extracelular com Dextrana-Biotinilada (10.000 kDa). Os resultados foram expressos como média ± desvio padrão. Utilizamos teste t de Student para determinar diferenças estatísticas entre os grupos estudados. O valor médio de NGF encontrado no córtex visual de ratos infectados foi 39,2% maior do que no grupo controle (infectados: 400,9 ± 143,1 pg/mL; controle: 288 ± 31,9 pg/mL; p < 0,0001). Nas amostras de fígado, o aumento foi 28,9% maior no grupo infectado (infectados: 340,9 ± 103,9 pg/mL; p < 0,01; controle: 264,4 ± 38,6 pg/mL). Nenhum aumento significativo foi detectado antes de uma semana de infecção. Entre os camundongos, o aumento de NGF na área visual foi de 94,1% (infectados: 478,4 ± 284 pg/mL; p < 0,01; controle: 246,5 ± 76,8 pg/mL). No fígado destes animais o aumento foi de 138,7% (infectados: 561,8 ± 260,7 pg/mL; p < 0,01; controle: 301,3 ± 134,6 pg/mL). Em camundongos encontramos diferenças significativas quanto aos parâmetros dendríticos avaliados. A quantidade de dendritos foi 11,41% maior no grupo infectado do que no controle (controle: 25,28 ± 5,19; infectados: 28,16 ± 7,45; p < 0,05). O comprimento total dos dendritos também foi afetado (controle: 4.916,52 ± 1.492,65 μm; infectados: 5.460,40 ± 1.214,07 μm; p < 0,05) correspondendo a um aumento de 11,06%. A área total do campo receptor dendrítico sofreu um aumento de 12,99% (controle: 29.346,69 ± 11.298,62 μm2; infectados: 33.158,20 ± 7.758,31; p < 0,05) enquanto que a área somática teve uma redução de 13,61% (controle: 119,38 ± 19,68 μm2; infectados: 103,13 ± 24,69 μm2; p < 0,001). Quando foram avaliados os efeitos do aumento de NGF em ratos infectados não observamos diferenças significativas quanto aos parâmetros dendríticos analisados, em comparação ao grupo controle, com exceção de um aumento na área do corpo neuronal da ordem de 21,18% (controle: 132,20 ± 28,46 μm2; infectados: 160,20 ± 31,63 μm2; p < 0,00001). Este trabalho mostrou que a reação de produção de NGF no SNC durante a infecção por Schistosoma mansoni ocorre em maior magnitude no modelo permissível do que no modelo não permissível. Também demonstramos que, em camundongos, os efeitos sobre a morfologia neuronal é drasticamente afetada quando o organismo é submetido a um aumento na concentração de NGF em decorrência da infecção por Schistosoma mansoni. Diante destes dados, estudos avaliando as possíveis repercussões visuais e também dos efeitos na fisiologia celular causados pela infecção mansônica torna-se necessário para avaliar o real dano causado por este aumento patológico do fator de crescimento neuronal nas vias visuais de mamíferos. / Schistosomiasis is a tropical disease caused by Schistosoma mansoni. His occurrence affects 110 million people worldwide. The deposition of eggs of the parasite may occur - in ectopic form – in the central nervous system (CNS) which leads to the formation of granulomas with consequent production of nerve growth factor (NGF). Since several studies have demonstrated the importance of NGF in the development of visual cortical pathways, our study aimed at evaluating the possible changes in the NGF concentratons in the visual system as well as the impact of this on the pyramidal cell morphology in two animal models. The change in concentration of the nerve growth factor as well as neuronal morphology were evaluated in suscetible and non-suscetible animals (mice and rats) to infection. We used 174 rats (Hooded Lister) and 135 albino mice bred and kept in cages and fed ad libitum. These animals were infected shortly after birth, with 50 cercariae. Seventy seven rats and 73 mice were inoculated with saline and constituted the control group of the study. The infection covered a period of 48 weeks . Samples of liver and visual cortex were removed, extracted and quantified with immunoassay kit (ChemiKineTM Nerve Growth Factor (NGF) Sandwich ELISA Kit - Chemicon International). For the morphometric analysis we used the pyramidal cells of the visual cortex layer IV marked by extracelular injection of biotinylated dextran (10,000 kDa). The results were expressed as mean ± standard deviation. We used Student t test to determine statistical differences between groups. The average value of NGF found in the visual cortex of rats infected was 39.2% higher than in the control group (infected: 400.9 ± 143.1 pg/ml, control: 288 ± 31.9 pg/mL, p < 0.0001). In liver samples, the increase was 28.9% higher in the infected group (infected: 340.9 ± 103.9 pg/mL, p < 0.01, control: 264.4 ± 38.6 pg/mL). No significant increase was detected within a week of infection. Among the mice group, the increase of NGF in the visual area was 94.1% (infected: 478.4 ± 284 pg/ml, p < 0.01; control: 246.5 ± 76.8 pg/ml). In the liver of these animals the increase was 138.7% (infected: 561.8 ± 260.7 pg/mL, p < 0.01, control: 301.3 ± 134.6 pg/mL). In mice group we found significant differences in dendritic parameters evaluated. The number of dendrites was 11.41% higher in the infected group than in the control (control: 25.28 ± 5.19; infected: 28.16 ± 7.45, p < 0.05). The total length of dendrites was also affected (control: 4916.52 ± 1492.65 μm; Infected: 5460.40 ± 1214.07 μm; p < 0.05), representing an increase of 11.06%. The total area of the dendritic receptive field was increased by 12.99% (control: 29.346,69 ± 11.298,62 μm2; Infected: 33.158,20 ± 7.758,31 μm2, p < 0.05) while the area had a somatic reduction of 13.61% (control: 119.38 ± 19.68 μm2; infected: 103.13 ± 24.69 μm2, p < 0.001). When we evaluated the effects of increased NGF in rats infected we did not observe significant differences in dendritic parameters analyzed, compared to the control group, except for an increase in the area of the neuronal body of approximately 21.18% (control: 132,20 ± 28.46 μm2; infected: 160.20 ± 31.63 μm2, p < 0.00001). This work showed that the reaction production of NGF in the CNS during infection with Schistosoma mansoni occurs in greater magnitude than permissible in the model in the model impermissible. We also demonstrated that in mice the effects on neuronal morphology is dramatically affected when the body is subjected to an increase in the concentration of NGF as a result of infection by Schistosoma mansoni. Given these data, studies evaluating the potential impact of visual effects and also in cell physiology caused by schistosomiasis infection becomes necessary to assess the actual damage caused by this pathological increase of nerve growth factor in the visual pathways of mammals.

A neurociência computacional é uma vasta área que tem como objeto de estudo o entendimento ou a emulação da dinâmica cerebral em diversos níveis. Neste trabalho atenta-se ao estudo da dinâmica de neurônios, os quais, no consenso atual, acredita-se serem as unidades fundamentais do processamento cerebral. A importância do estudo sobre o comportamento de neurônios se encontra na diversidade de propriedades que eles podem apresentar. O estudo se torna mais rico quando há interações de sistemas internos ao neurônio em diferentes escalas de tempo, criando propriedades como adaptação, latência e comportamento em rajada, o que pode acarretar em diferentes papéis que os neurônios podem ter na rede. Nesta dissertação é feita uma análise sob o ponto de vista de sistemas dinâmicos e de análise de sensibilidade de seis modelos ao estilo de Hodgkin-Huxley e compartimentais de neurônios encontrados no córtex visual primário de mamíferos. Esses modelos correspondem a seis classes eletrofisiológicas de neurônios corticais e o estudo feito nesta dissertação oferece uma contribuição ao entendimento dos princípios de sistemas dinâmicos subjacentes a essa classificação. / Computational neuroscience is a vast scientific area which has as subject of study the unsderstanding or emulation of brain dynamics at different levels. This work studies the dynamics of neurons, which are believed, according to present consensus, to be the fundamental processing units of the brain. The importance of studying neuronal behavior comes from the diversity of properties they may have. This study becomes richer when there are interactions between distintic neuronal internal systems, in different time scales, creating properties like adaptation, latency and bursting, resulting in different roles that neurons may have in the network. This dissertation contains a study of six reduced compartmental conductance-based models of neurons found in the primary visual cortex of mammals under the dynamical systems and sensitivity analysis viewpoints. These models correspond to six eletrophysiological classes of cortical neurons and this dissertation offers a contribution to the understanding of the dynamical-systems principles underlying such classification.

Orientador: Roberto J. M. Covolan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T22:08:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 UcedaOtero_EnriquePorfirio_D.pdf: 7252585 bytes, checksum: 3b003f17c9e6e0a72174f7dbd766bd36 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A ativação cerebral envolve um complexo arranjo de processos neuronais, metabólicos e vasculares, que se estende do nível molecular e celular ao nível de extensas zonas corticais. O processo de disparo neuronal requer a restauração de gradientes iônicos e a reciclagem de neurotransmissores, o que implica em um custo energético suprido na forma de trifosfato de adenosina (ATP). A principal via de síntese do ATP é a via aeróbica e se dá pelo metabolismo oxidativo da glicose. Para tanto, o metabolismo cerebral depende de um constante suprimento de glicose e oxigênio, que é mantido pela circulação sanguínea através de uma complexa rede de vasos, que compõe o sistema vascular cerebral. A regulação desse complexo sistema neurovascular-metabólico é objeto de intensa investigação e está no centro do trabalho aqui apresentado, que visa o mapeamento do córtex visual através de uma abordagem multimodal envolvendo eletroencefalografia (EEG) e espectroscopia óptica na região do infravermelho próximo (NIRS - near infrared spectroscopy). O objetivo central deste trabalho foi o desenvolvimento de uma metodologia que permitisse a realização de medidas simultâneas da atividade neuronal, via EEG, e das alterações vasculares associadas a essas, via NIRS. Através desta técnica foi estudado o córtex visual de indivíduos adultos saudáveis, através da apresentação de estímulos modulados em frequência e em contraste. Esses experimentos foram realizados utilizando visão tanto binocular quanto monocular, sendo esta última para cada olho separadamente. Os estudos de EEG, realizados com eletrodos posicionados em O1 e O2, permitiram registrar claras alterações dos ritmos cerebrais alfa e beta em correlação com as variações de contraste e frequência do estímulo visual. As medidas ópticas, realizadas através do escalpo com optodos colocados estímulo dos eletrodos, permitiram registrar respostas hemodinâmicas bastante enfáticas, que mostraram alguma variabilidade em correlação com o contraste e a frequência dos estímulos visuais utilizados. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade de se estudar o acoplamento neurovascular-metabólico em humanos através de uma abordagem multimodal não-invasiva, utilizando-se um sistema conjugado NIRS-EEG / Abstract: Brain activation involves a complex arrangement of neuronal, metabolic and vascular processes, which goes from molecular and cellular level to the level of extensive cortical and subcortical zones. The process of neuronal firing requires the restoration of ionic gradients and neurotransmitter recycling, which implies supplying energy in the form of Adenosine Triphosphate (ATP). ATP synthesis follows mainly the aerobic way and occurs by the oxidative metabolism of glucose. Therefore, the cerebral metabolism depends on a constant supply of glucose and oxygen, which is maintained by the blood circulation through the complex networks of blood vessels that compose the cerebral vascular system. The regulation of this complex neurovascular-metabolic system is object of intense investigation and is in the center of the work presented here, that aims to investigate the human visual system through a multimodal boarding integrating electroencephalography (EEG) and near infrared spectroscopy (NIRS). The central objective of this work was the development of a methodology that would allow simultaneous measurements of the neuronal activity, via EEG, and of the vascular changes associated to these, via NIRS. Through this technique, we studied the visual cortex of healthy adults, through the presentation of stimuli modulated alternatively in frequency and contrast. These experiments were performed for both binocular and monocular vision, being the latter for both eyes. The studies of EEG were performed with electrodes positioned in O1 and O2 and allowed to register clear alterations of alpha and beta brain rhythms in correlation with the contrast and frequency variations of the visual stimulus. The optical measurements were performed through the skull with optodes placed around the electrodes and allowed to record hemodynamic responses whose variability was also related to the contrast and frequency modulations of the visual stimuli. The obtained results demonstrate the feasibility of applying a conjugated NIRS-EEG system as a multimodal approach to study the neurovascular-metabolic coupling in humans / Doutorado / Física Médica / Doutor em Ciências

A neurociência computacional é uma vasta área que tem como objeto de estudo o entendimento ou a emulação da dinâmica cerebral em diversos níveis. Neste trabalho atenta-se ao estudo da dinâmica de neurônios, os quais, no consenso atual, acredita-se serem as unidades fundamentais do processamento cerebral. A importância do estudo sobre o comportamento de neurônios se encontra na diversidade de propriedades que eles podem apresentar. O estudo se torna mais rico quando há interações de sistemas internos ao neurônio em diferentes escalas de tempo, criando propriedades como adaptação, latência e comportamento em rajada, o que pode acarretar em diferentes papéis que os neurônios podem ter na rede. Nesta dissertação é feita uma análise sob o ponto de vista de sistemas dinâmicos e de análise de sensibilidade de seis modelos ao estilo de Hodgkin-Huxley e compartimentais de neurônios encontrados no córtex visual primário de mamíferos. Esses modelos correspondem a seis classes eletrofisiológicas de neurônios corticais e o estudo feito nesta dissertação oferece uma contribuição ao entendimento dos princípios de sistemas dinâmicos subjacentes a essa classificação. / Computational neuroscience is a vast scientific area which has as subject of study the unsderstanding or emulation of brain dynamics at different levels. This work studies the dynamics of neurons, which are believed, according to present consensus, to be the fundamental processing units of the brain. The importance of studying neuronal behavior comes from the diversity of properties they may have. This study becomes richer when there are interactions between distintic neuronal internal systems, in different time scales, creating properties like adaptation, latency and bursting, resulting in different roles that neurons may have in the network. This dissertation contains a study of six reduced compartmental conductance-based models of neurons found in the primary visual cortex of mammals under the dynamical systems and sensitivity analysis viewpoints. These models correspond to six eletrophysiological classes of cortical neurons and this dissertation offers a contribution to the understanding of the dynamical-systems principles underlying such classification.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Araujo, CS (2017) Tese.pdf: 3818978 bytes, checksum: 6ee4bfd0bc0994354a630c8d320b3eda (MD5) Previous issue date: 2017-10-06 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os potenciais provocados visuais (VECP) e multifocais (mfVEPs) vem sendo amplamente utilizados para investigar o processamento da informação cortical em resposta a estímulos em diferentes locais do campo visual e apresentam o potencial de fornecer informações complementares aos VEPs convencionais sobre mecanismos cromáticos e acromáticos da visão humana. O objetivo deste trabalho foi investigar a contribuição dos mecanismos cromáticos e acromáticos ao VECP e mfVEP a partir de dois experimentos: no primeiro, 9 sujeitos tricromatas saudáveis, com acuidade visual normal ou corrigida para 20/20, foram avaliados sob uma estimulação visual de 8º de tamanho, formada por redes senoidais acromáticas em 7 frequências espaciais (de 0,4 a 10 cpg) e em seis níveis de contraste (3,12% a 99%); no segundo, foi apresentada para 14 sujeitos saudáveis, com acuidade visual normal ou corrigida para 20/20 (12 tricromatas, 1 discromatópsico do tipo protan e 1 discromatópsico do tipo deutan) uma estimulação multifocal em formato de tabuleiro de dardos com 60 setores cobrindo 40° de ângulo visual em 7 razões diferentes de luminância vermelho-verde (R/R+G) e em uma condição acromática (99%). As duas estimulações foram apresentadas sob a forma de padrão reverso, controlado temporalmente por sequências-m. O primeiro slice (K2.1) e o segundo slice (K2.2) do kernel de segunda ordem foram extraídos. No experimento 1, foram analisados os componentes principais das formas de onda registradas e no experimento 2 foi analisada a relação sinal-ruído (SNR) das formas de onda para classificá-las como confiáveis (SNR> 1,35) ou não confiáveis (SNR <1,35) e foi quantificado o número de formas de onda confiáveis em 6 anéis diferentes de mesma excentricidade visual (R1 sendo o anel central e R6 o anel mais periférico). Os resultados do experimento 1 indicaram que as respostas em K2.1 foram dominadas pela via M, já as respostas em K2.2 refletiram a contribuição apenas da via P. Os resultados do experimento 2 foram semelhantes para K2.1 e K2.2. Nos anéis R1-R4, todas as proporções de luminância vermelho-verde apresentaram um número similar de formas de onda confiáveis. Nos anéis R5-R6, havia mais formas de onda confiáveis nas razões de luminância vermelho-verde com alto contraste de luminância, enquanto a condição equiluminante apresentava o menor número de respostas confiáveis. Os indivíduos protan e deutan apresentaram resultados invertidos: as condições de estímulo com o verde mais brilhante do que o vermelho geraram formas de onda mais confiáveis no sujeito protan (0.2-0.4), enquanto a combinação oposta gerou formas de onda mais confiáveis no sujeito deutan. Os dois slices do kernel de segunda ordem foram úteis para estudar os mecanismos cromáticos e acromáticos do mfVEP. Os resultados em R1-R4 indicaram uma contribuição semelhante de mecanismos cromáticos e acromáticos para mfVEP, enquanto R5-R6 mostraram contribuição mais pronunciada do mecanismo acromático para o mfVEP. O método utilizado no presente estudo permitiu identificar as características específicas dos sujeitos discromatópsicos protan e deutan a partir dos dados obtidos. / Visual evoked potentials (VECPs) and multifocal visual evoked potentials (mfVEPs) are being widely used to investigate cortical information processing in response to stimuli at different sites of the visual field and present the potential for complement information to conventional VEPs on chromatic and achromatic mechanisms of human vision. The objective of this work was to investigate the contribution of chromatic and achromatic mechanisms to VECP and mfVEP from two experiments: in the first, 9 healthy trichromates subjects with normal or corrected to 20/20 visual acuity were submitted to a visual stimulation of 8º of size, formed by achromatic sinusoidal gratings in 7 spatial frequencies (from 0.4 to 10 cpd) and in six contrast levels (from 3.12% to 99%); in the second, a multifocal dartboard with 60 sectors covering 40° of visual angle was shown for 14 healthy subjects (12 trichromates, 1 protan and 1 deutan discromatopsic type) in 7 different ratios of red-green luminance (R/R+G) and in one achromatic condition (99%). The two stimuli were presented as a reverse pattern, temporally controlled by m-sequences. The first slice (K2.1) and the second slice (K2.2) of the second order kernel were extracted. In experiment 1, were analyzed the main components of the waveforms recorded and in experiment 2 the signal-to-noise ratio (SNR) of the waveforms was analyzed to classify them as reliable (SNR> 1.35) or unreliable (SNR <1.35) and the number of reliable waveforms in 6 different rings with the same visual eccentricity (R1 being the central ring and R6 the most peripheral ring) was quantified. The results of experiment 1 indicated that responses in K2.1 were dominated by M pathway, and responses in K2.2 reflected the contribution of P pathway. The results of experiment 2 were similar for K2.1 and K2.2. In the R1-R4 rings, all red-green luminance ratios showed a similar number of reliable waveforms. In the R5-R6 rings, there are more reliable waveforms in the red-green luminance ratios with high luminance contrast, while the equiluminant condition has the fewest reliable responses. Protan and deutan subjects showed inverted results: stimulus conditions with green brighter than red generated more reliable waveforms in the protan subject (0.2-0.4), while the opposite combination generated more reliable waveforms in the deutan subject. The two second-order kernel slices are useful for studying the chromatic and achromatic mfVEP mechanisms. The results in R1-R4 indicated a similar contribution of chromatic and achromatic mechanisms for mfVEP, while R5-R6 show the most pronounced contribution of the achromatic mechanism to mfVEP. The method used allowed to identificate specific characteristics of protan and deutan discromatopsic type from obtained data. discromatopsic type from obtained data.