Um dos maiores impactos antrópicos aos ecossistemas terrestres é a fragmentação do habitat. Este processo afeta fortemente os padrões de movimentação das espécies, implicando em alterações consideráveis na conectividade entre as manchas de habitat remanescentes. Por sua vez, isso interfere na distribuição espacial e na dinâmica das populações de uma espécie. Nesta dissertação, foram estudados alguns aspectos dos movimentos rotineiros e dispersivo de Pyriglena leucoptera, uma espécie de ave endêmica da Mata Atlântica. Estes dois tipos de movimentação atuam em escalas distintas, afetando diferentemente os parâmetros que regulam a estrutura das populações. Com o uso da técnica de playback, foi verificado se a capacidade desta espécie atravessar áreas abertas, em movimentos rotineiros entre fragmentos, é afetada pela distância entre eles. A partir desta relação, foram obtidas probabilidades de cruzar áreas abertas, as quais foram usadas para parametrizar índices de conectividade funcional (um binário e outro probabilístico) baseados na teoria dos grafos. Em uma abordagem de seleção de modelos, estes dois índices de conectividade mais um outro estrutural (i.e. área do fragmento) foram comparados para se estabelecer qual deles melhor prediz a incidência de P. leucoptera em fragmentos florestais. Quanto aos movimentos dispersivos, foram realizados experimentos de translocação e telemetria para verificar se a dispersão desta espécie em áreas fragmentadas é afetada pela distância entre os fragmentos, assim como para averiguar se este efeito é diferente entre os sexos. Os resultados mostraram que distância entre os fragmentos florestais limita tanto a movimentação rotineira, quanto a dispersiva para esta espécie. Na escala dos movimentos rotineiros, verificou-se que fragmentos distanciados a mais de 45 m estão totalmente isolados. A incidência da espécie foi melhor descrita pelo índice de conectividade funcional probabilístico (PCS), mostrando que a conectividade é fundamental para se compreender a distribuição espacial da espécie, sendo que este atributo da paisagem deve ser visto de forma probabilística. Ademais, a dispersão foi enviesada para fêmeas, as quais possuíram maior propensão a emigrar, assim como foram mais eficientes em sua movimentação pela matriz. As conseqüências deste viés foram discutidas, destacando-se que, em áreas altamente fragmentadas, a probabilidade de colonização de áreas desocupadas diminui, bem como o fluxo gênico entre as populações da espécie pode estar comprometido. Portanto, ambos os tipos de movimento devem ser considerados para que se possa compreender mais precisamente os efeitos da conectividade do habitat para a sobrevivência de uma espécie em paisagens fragmentadas. Por fim, foi sugerido um modelo hierárquico de estrutura populacional, a fim de integrar as informações obtidas pelos dois tipos de movimentação em uma única estrutura conceitual. Esse modelo possui um grande potencial para ser usado no planejamento e manejo ambiental. / Habitat fragmentation is one of the major human impacts on terrestrial ecosystems. This process highly affects the species movement pattern, implying in considerable alterations on the connectivity between the remaining habitat patches. Consequently, it interferes in the spatial distribution and in the population dynamics of species. In this dissertation, some aspects of the routine and dispersal movements of Pyriglena leucoptera, an endemic bird of the Atlantic rainforest, were studied. These two movement types act in distinct scales, affecting, differently, the parameter regulating the structure of the populations. Using the playback technique, we verified if the gap-crossing capacity of this species, by routine movements, is affected by gap width. From this relation, we obtained gap-crossing probabilities, which were used to parameterize functional connectivity indices (one binary and one probabilistic) based on graph theory. In a model selection approach, these two indices plus another structural one (i.e. patch area) were compared to establish which one is the best to predict P. leucopteras incidence in forest fragments. About the dispersal movements, we done translocation and telemetry experiments to investigate if the species dispersal ability in fragmented landscapes is affected by the distance between forest patches, and to verify if there are sexual differences in this effect. The results showed that distance between forest patches limits both the routine movements and the dispersal one to this species. In the routine movements scale, we verified that patches are completely isolated when the gap width is higher than 45 m. The species incidence was better described by the probabilistic connectivity index (PCS), evincing that it is essential to consider connectivity to understand the spatial distribution of P. leucoptera, and this attribute must be viewed in its probabilistic form. Furthermore, dispersal is female-biased, since females are more prone to emigrate and were more efficient in their movement in the matrix. We discussed the consequences of this sex-bias, highlighting that, in severely fragmented landscapes, the colonization probability of empty patches is decreased and the genetic flux between populations should be imperiled. Thus, to comprehend the effects of habitat connectivity on species survival in fragmented landscapes, both movement types must be considered. Finally, we suggested a hierarchically structured population model in order to integrate the two movement type information in one conceptual framework. This model has a great potential to be used in environmental planning and management.

Um dos maiores impactos antrópicos aos ecossistemas terrestres é a fragmentação do habitat. Este processo afeta fortemente os padrões de movimentação das espécies, implicando em alterações consideráveis na conectividade entre as manchas de habitat remanescentes. Por sua vez, isso interfere na distribuição espacial e na dinâmica das populações de uma espécie. Nesta dissertação, foram estudados alguns aspectos dos movimentos rotineiros e dispersivo de Pyriglena leucoptera, uma espécie de ave endêmica da Mata Atlântica. Estes dois tipos de movimentação atuam em escalas distintas, afetando diferentemente os parâmetros que regulam a estrutura das populações. Com o uso da técnica de playback, foi verificado se a capacidade desta espécie atravessar áreas abertas, em movimentos rotineiros entre fragmentos, é afetada pela distância entre eles. A partir desta relação, foram obtidas probabilidades de cruzar áreas abertas, as quais foram usadas para parametrizar índices de conectividade funcional (um binário e outro probabilístico) baseados na teoria dos grafos. Em uma abordagem de seleção de modelos, estes dois índices de conectividade mais um outro estrutural (i.e. área do fragmento) foram comparados para se estabelecer qual deles melhor prediz a incidência de P. leucoptera em fragmentos florestais. Quanto aos movimentos dispersivos, foram realizados experimentos de translocação e telemetria para verificar se a dispersão desta espécie em áreas fragmentadas é afetada pela distância entre os fragmentos, assim como para averiguar se este efeito é diferente entre os sexos. Os resultados mostraram que distância entre os fragmentos florestais limita tanto a movimentação rotineira, quanto a dispersiva para esta espécie. Na escala dos movimentos rotineiros, verificou-se que fragmentos distanciados a mais de 45 m estão totalmente isolados. A incidência da espécie foi melhor descrita pelo índice de conectividade funcional probabilístico (PCS), mostrando que a conectividade é fundamental para se compreender a distribuição espacial da espécie, sendo que este atributo da paisagem deve ser visto de forma probabilística. Ademais, a dispersão foi enviesada para fêmeas, as quais possuíram maior propensão a emigrar, assim como foram mais eficientes em sua movimentação pela matriz. As conseqüências deste viés foram discutidas, destacando-se que, em áreas altamente fragmentadas, a probabilidade de colonização de áreas desocupadas diminui, bem como o fluxo gênico entre as populações da espécie pode estar comprometido. Portanto, ambos os tipos de movimento devem ser considerados para que se possa compreender mais precisamente os efeitos da conectividade do habitat para a sobrevivência de uma espécie em paisagens fragmentadas. Por fim, foi sugerido um modelo hierárquico de estrutura populacional, a fim de integrar as informações obtidas pelos dois tipos de movimentação em uma única estrutura conceitual. Esse modelo possui um grande potencial para ser usado no planejamento e manejo ambiental. / Habitat fragmentation is one of the major human impacts on terrestrial ecosystems. This process highly affects the species movement pattern, implying in considerable alterations on the connectivity between the remaining habitat patches. Consequently, it interferes in the spatial distribution and in the population dynamics of species. In this dissertation, some aspects of the routine and dispersal movements of Pyriglena leucoptera, an endemic bird of the Atlantic rainforest, were studied. These two movement types act in distinct scales, affecting, differently, the parameter regulating the structure of the populations. Using the playback technique, we verified if the gap-crossing capacity of this species, by routine movements, is affected by gap width. From this relation, we obtained gap-crossing probabilities, which were used to parameterize functional connectivity indices (one binary and one probabilistic) based on graph theory. In a model selection approach, these two indices plus another structural one (i.e. patch area) were compared to establish which one is the best to predict P. leucopteras incidence in forest fragments. About the dispersal movements, we done translocation and telemetry experiments to investigate if the species dispersal ability in fragmented landscapes is affected by the distance between forest patches, and to verify if there are sexual differences in this effect. The results showed that distance between forest patches limits both the routine movements and the dispersal one to this species. In the routine movements scale, we verified that patches are completely isolated when the gap width is higher than 45 m. The species incidence was better described by the probabilistic connectivity index (PCS), evincing that it is essential to consider connectivity to understand the spatial distribution of P. leucoptera, and this attribute must be viewed in its probabilistic form. Furthermore, dispersal is female-biased, since females are more prone to emigrate and were more efficient in their movement in the matrix. We discussed the consequences of this sex-bias, highlighting that, in severely fragmented landscapes, the colonization probability of empty patches is decreased and the genetic flux between populations should be imperiled. Thus, to comprehend the effects of habitat connectivity on species survival in fragmented landscapes, both movement types must be considered. Finally, we suggested a hierarchically structured population model in order to integrate the two movement type information in one conceptual framework. This model has a great potential to be used in environmental planning and management.

The brain ages, and with it come alterations in its micro- and macro-structure which reflect in its morphology and functioning. Changes in the brain structure and functional coupling between regions can be assessed with neuroimaging, and, more specifically, magnetic resonance imaging (MRI). Using MRI data from two stages (Pilot and Enhanced) of the Nathan Kline Institute Rockland Sample (NKI-RS), totalling 613, free of neurodegenerative diseases, and right-handed, participants aged 18 to 85 years old, we measured gray-matter parameters such as cortical volume, cortical thickness, and cortical surface area, and also volume of subcortical structures. We also measured cortico-cortical functional connectivity, defined either as the Pearson correlation coefficient and partial correlation coefficient, bivariate instantaneous Granger causality and Granger causality, and generalized partial directed coherence (GPDC). GPDC was evaluated in five frequencies between the four pairs of regions displaying the strongest evidence for linear thinning, measured by their associated t-statistic, and its alterations alongside aging were assessed using a multivariate approach based on Dirichlet Regression. We also studied spatial associations between patterns of morphometric and connectivity alterations. We reproduced generalized age-related atrophy reported in the literature in cortical volume (90% of the studied structures), surface area (68%) and thickness (90%), and volumetric atrophy of several subocortical structures. We observe a positive association in the joint distribution of the expected cortical thickness at 18 years old and the yearly percentage reduction in cortical thickness. We showed, projecting these two quantitities into their principal axes and analyzing the spatial distribution of the scores, that the first principal component correlates with neocortical granularity while the second principal component represents cortical type admixture. On functional connectivity, we gathered evidence for overall increased Pearson correlation coefficient (6% of the connections in the Pilot NKI-RS and 2% in the Enhanced NKI-RS), with proportionally smaller number of decreases (0.1% in the Pilot NKI-RS and 0.3% in the Enhanced NKI-RS). The Pearson partial correlation coefficient between 12 out of 65 homotopic region pairs shows a pattern of decline with age, suggesting inter-hemispheric disconnection. However, predictive causality, as measured by both Granger causalities, do not share the same degree of changes observed in the correlational metrics. We observe increased GPDC from several regions to themselves in many frequencies (25% out of a total of 40 self-connections), indicating a degree of disconnection to the other regions. Given seed regions, we uncovered spatially distributed significant patterns of association between the standardized effect of age on the connectivity to its targets and on their targets thicknesses. Regions with smaller evidence for age-related thinning, such as several occipital areas, tend to have fewer alterations in functional connectivity than regions with greater evidence for age-related thinning, like many frontal regions. We hypothesize that regions showing a negative association (5% of the seed regions) are part of compensatory systems, being increasingly correlated with regions displaying most atrophy. Regions showing a positive association (5%) do not have compensatory mechanisms available, and therefore are losing connectivity to atrophyc regions. Overall, we found evidence for brainwide alterations in connectivity and cortical and subcortical morphometry throughout the human adult lifespan. We also found a specifc pattern of associations between the atrophic trends and age-related alterations in connectivity in the brain / O cérebro envelhece, e com isso vêm à tona alterações em sua micro e macroestrutura que se refletem em sua morfologia e funcionamento. Mudanças na estrutura cerebral e acoplamento funcional entre suas regiões podem ser averiguadas através da neuroimagem, e, mais especificamente, imagem por ressonância magnética (IRM). Usando dados de IRM das duas etapas (Pilot and Enhanced) do Nathan Kline Institute Rockland Sample (NKI-RS), totalizando 613 participantes destros, livres de doenças neurodegenerativas, com idade entre 18 e 85 anos, medimos parâmetros de substância cinzenta como volume, espessura, e área de superfície corticais, e também volume de estruturas subcorticais. Também medimos conectividade funcional cortico-cortical, definida como o coeficiente de correlação de Pearson, coeficiente de correlação parcial de Pearson, causalidade instântanea de Granger e causalidade de Granger bivariadas, e coerência parcial direcionada generalizada (GPDC). A GPDC foi medida em cinco frequências entre quatro pares de regiões que demonstraram a mais forte evidência para diminuição da espessura cortical linearmente, medido pela estatística-t associada, e suas alterações ao longo do envelhecimento foram estudadas usando uma abordagem multivariada baseada na Regressão de Dirichlet. Também estudamos associações espaciais entre padrões de alterações morfométricas e na conectividade. Reproduzimos a atrofia generalizada devido à idade reportada na literatura no volume cortical (90% das estruturas estudadas), área de superfície (68%) e espessura (90%), e atrofia volumétrica de várias estruturas subcorticais. Observamos uma associação positiva na distribuição conjunta do valor esperado da espessura cortical aos 18 anos de idade e a redução percentual anual na espessura cortical. Mostramos, ao projetar ambos em seus eixos principais e analizar a distribuição espacial desses índices, que a primeira componente principal correlaciona-se com a granularidade neocortical enquanto que a segunda componente principal representa o tipo cortical. Sobre a conectividade funcional, colhemos evidências para um aumento geral no coeficiente de correlação de Pearson (6% das conexões no Pilot NKI-RS e 2% no Enhanced NKI-RS), com menor proporção de decréscimos (0.1% no Pilot NKI-RS e 0.3% no Enhanced NKI-RS). O coeficiente de correlação parcial de Pearson entre 12 de 65 pares de regiões homotópicas demonstra um padrão de declínio com a idade, sugerindo desconexão inter-hemisférica. No entanto, a causalidade preditiva, como medida através de ambas as métricas de causalidade de Granger, não aparenta o mesmo grau de mudanças observado nas medidas correlacionais. Observamos aumentos na GPDC de várias regiões para si próprias em muitas frequências (25% de um total de 40 auto-conexões), que indica um grau de disconexão às outras regiões. Dadas regiões semente, revelamos padrões significativos espacialmente distribuídos de associação entre efeitos padronizados da idade na conectividade para seus alvos e das espessuras dos alvos. Regiões com menor evidência para o desbastamento relacionado com a idade, como várias áreas occipitais, tendem a ter menos alterações em sua conectividade funcional que regiões com maior evidência suportando o desbastamento cortical relacionado à idade, como diversas regiões frontais. Hipotetizamos que regiões cuja associação é negativa (5% das regiões semente) são parte de sistemas compensatórios, estando correlacionadas com regiões que demonstram os maiores graus de atrofia de modo crescente. Regiões cuja associação é positiva (5%) não teriam mecanismos compensatórios à disposição, e portanto perdem conectividade para regiões atróficas. No geral, encontramos evidências para alterações na conectividade e na morfometria cortical e subcortical no cérebro todo ao longo da extensão da vida adulta humana. Também achamos um padrão específico de associações entre tendências atróficas e alterações na conectividade cerebral devido à idade

Sabe-se que diversas regiões do cérebro humano trabalham em sincronia, mesmo anatomicamente separadas, sugerindo conexões funcionais e estruturais. Dessa forma, nosso cérebro pode ser considerado uma rede que pode ser estudada para diferenças entre indivíduos e entre tarefas, em que os nodos podem ser diferentes regiões e as arestas podem ser medidas de conectividade funcional entre séries temporais de um sinal de ressonância magnética de cada região. Neste estudo, propomos analisar como conectividade funcional e parâmetros de rede cerebral se relacionam com desempenho intelectual e um estado de atenção sustentada. Foram adquiridas imagens de ressonância magnética de 30 indivíduos saudáveis jovens em estado de repouso e de atenção sustentada, a partir delas foram calculadas as conexões funcionais entre 90 regiões cerebrais usando o coeficiente de correlação entre pares de series temporais. Destes sujeitos foram estimados sete índices de inteligência a partir da aplicação do teste WAIS-III. As matrizes de conectividade evidenciariam um comportamento de rede complexa de mundo pequeno para limiares entre 0,2 e 0,5. Não foram encontradas associações entre parâmetros globais das redes ponderadas em estado de repouso e os índices de inteligência. Conectividade funcional e alguns parâmetros de rede locais evidenciaram correlações com pontuações de inteligência, principalmente nas regiões frontal, pré-central, parietal e occipital, giro fusiforme e supramarginal e caudado. Embora o p-valor não-corrigido seja bem pequeno e/ou haja simetria entre hemisférios em alguns resultados, ao ser considerado o efeito de múltiplas comparações para análise inteira não foram encontradas associações estatisticamente significativas, por isso as análises foram corrigidas para cada região (p-valor corrigido pelo FDR<0,05). Ainda assim, possivelmente um aumento do número de sujeitos levaria a resultados mais conclusivos. Não foram encontrados resultados que confirmassem a hipótese de que, para indivíduos normais, haveria uma maior anti-correlação de redes extrínsecas e intrínsecas como um todo para o estado de atenção focada em relação ao estado de repouso. Entretanto, durante o estado de atenção sustentada, foram encontradas algumas diferenças estatisticamente significantes nas conexões locais dentro das redes positivas e negativas à tarefa, evidenciadas por um aumento na magnitude das correlações positivas ou negativas durante a atenção sustentada, além de uma tendência de anti-correlação em conexões entre regiões positivas e negativas à tarefa. / It\'s known that some regions of the human brain work synchronously, even if they are anatomically separated, suggesting functional and structural connections. In this way, our brain can be considered a network that can be studied for individual or task differences and in which nodes can be the different regions and edges can be the measurements of functional connectivity between blood oxygen level-dependent signal time series from each region. In this study, we aim to analyze how functional connectivity and brain network parameters relate to intellectual performance and to sustained attention state. Resonance Magnetic images were acquired in 30 healthy young volunteers in resting and attentional state. The functional connections between 90 brain regions were computed from them using correlation coefficient between pairs of temporal series. Seven intelligence indices were estimated from these subjects through WAIS-III test application and associations between functional connectivity values or brain network parameters were sought. Connectivity matrices evidenced a small-world complex network behavior for thresholds between 0.2 and 0.5. No associations between global parameters using weighted networks were found. Functional connectivity and network parameters have evidenced some correlations with intelligence scores, mainly in frontal, pre-central, parietal, occipital regions, fusiform and supramarginal gyrus and caudate nucleus. Even that the uncorrected p-value was small and/or there was symmetry between hemispheres in several results, statistical significant associations were not found considering multiple comparisons correction for the entire analysis, therefore the analysis were corrected for each region (FDR corrected p-value <0.05). Even, increasing the number of subjects possibly would get more conclusive results. Results corroborant to the initial hypothesis of greater anti-correlation between default mode network and task-positive regions were not found for the sustained attention state. However, during sustained attention state, some statistically significant differences in local connections within task-positive and negative regions were found, evidenced by the increase of the strength of positive and negative correlations, besides of a trend of anti-correlation in connections between task-positive and negative regions.

The brain ages, and with it come alterations in its micro- and macro-structure which reflect in its morphology and functioning. Changes in the brain structure and functional coupling between regions can be assessed with neuroimaging, and, more specifically, magnetic resonance imaging (MRI). Using MRI data from two stages (Pilot and Enhanced) of the Nathan Kline Institute Rockland Sample (NKI-RS), totalling 613, free of neurodegenerative diseases, and right-handed, participants aged 18 to 85 years old, we measured gray-matter parameters such as cortical volume, cortical thickness, and cortical surface area, and also volume of subcortical structures. We also measured cortico-cortical functional connectivity, defined either as the Pearson correlation coefficient and partial correlation coefficient, bivariate instantaneous Granger causality and Granger causality, and generalized partial directed coherence (GPDC). GPDC was evaluated in five frequencies between the four pairs of regions displaying the strongest evidence for linear thinning, measured by their associated t-statistic, and its alterations alongside aging were assessed using a multivariate approach based on Dirichlet Regression. We also studied spatial associations between patterns of morphometric and connectivity alterations. We reproduced generalized age-related atrophy reported in the literature in cortical volume (90% of the studied structures), surface area (68%) and thickness (90%), and volumetric atrophy of several subocortical structures. We observe a positive association in the joint distribution of the expected cortical thickness at 18 years old and the yearly percentage reduction in cortical thickness. We showed, projecting these two quantitities into their principal axes and analyzing the spatial distribution of the scores, that the first principal component correlates with neocortical granularity while the second principal component represents cortical type admixture. On functional connectivity, we gathered evidence for overall increased Pearson correlation coefficient (6% of the connections in the Pilot NKI-RS and 2% in the Enhanced NKI-RS), with proportionally smaller number of decreases (0.1% in the Pilot NKI-RS and 0.3% in the Enhanced NKI-RS). The Pearson partial correlation coefficient between 12 out of 65 homotopic region pairs shows a pattern of decline with age, suggesting inter-hemispheric disconnection. However, predictive causality, as measured by both Granger causalities, do not share the same degree of changes observed in the correlational metrics. We observe increased GPDC from several regions to themselves in many frequencies (25% out of a total of 40 self-connections), indicating a degree of disconnection to the other regions. Given seed regions, we uncovered spatially distributed significant patterns of association between the standardized effect of age on the connectivity to its targets and on their targets thicknesses. Regions with smaller evidence for age-related thinning, such as several occipital areas, tend to have fewer alterations in functional connectivity than regions with greater evidence for age-related thinning, like many frontal regions. We hypothesize that regions showing a negative association (5% of the seed regions) are part of compensatory systems, being increasingly correlated with regions displaying most atrophy. Regions showing a positive association (5%) do not have compensatory mechanisms available, and therefore are losing connectivity to atrophyc regions. Overall, we found evidence for brainwide alterations in connectivity and cortical and subcortical morphometry throughout the human adult lifespan. We also found a specifc pattern of associations between the atrophic trends and age-related alterations in connectivity in the brain / O cérebro envelhece, e com isso vêm à tona alterações em sua micro e macroestrutura que se refletem em sua morfologia e funcionamento. Mudanças na estrutura cerebral e acoplamento funcional entre suas regiões podem ser averiguadas através da neuroimagem, e, mais especificamente, imagem por ressonância magnética (IRM). Usando dados de IRM das duas etapas (Pilot and Enhanced) do Nathan Kline Institute Rockland Sample (NKI-RS), totalizando 613 participantes destros, livres de doenças neurodegenerativas, com idade entre 18 e 85 anos, medimos parâmetros de substância cinzenta como volume, espessura, e área de superfície corticais, e também volume de estruturas subcorticais. Também medimos conectividade funcional cortico-cortical, definida como o coeficiente de correlação de Pearson, coeficiente de correlação parcial de Pearson, causalidade instântanea de Granger e causalidade de Granger bivariadas, e coerência parcial direcionada generalizada (GPDC). A GPDC foi medida em cinco frequências entre quatro pares de regiões que demonstraram a mais forte evidência para diminuição da espessura cortical linearmente, medido pela estatística-t associada, e suas alterações ao longo do envelhecimento foram estudadas usando uma abordagem multivariada baseada na Regressão de Dirichlet. Também estudamos associações espaciais entre padrões de alterações morfométricas e na conectividade. Reproduzimos a atrofia generalizada devido à idade reportada na literatura no volume cortical (90% das estruturas estudadas), área de superfície (68%) e espessura (90%), e atrofia volumétrica de várias estruturas subcorticais. Observamos uma associação positiva na distribuição conjunta do valor esperado da espessura cortical aos 18 anos de idade e a redução percentual anual na espessura cortical. Mostramos, ao projetar ambos em seus eixos principais e analizar a distribuição espacial desses índices, que a primeira componente principal correlaciona-se com a granularidade neocortical enquanto que a segunda componente principal representa o tipo cortical. Sobre a conectividade funcional, colhemos evidências para um aumento geral no coeficiente de correlação de Pearson (6% das conexões no Pilot NKI-RS e 2% no Enhanced NKI-RS), com menor proporção de decréscimos (0.1% no Pilot NKI-RS e 0.3% no Enhanced NKI-RS). O coeficiente de correlação parcial de Pearson entre 12 de 65 pares de regiões homotópicas demonstra um padrão de declínio com a idade, sugerindo desconexão inter-hemisférica. No entanto, a causalidade preditiva, como medida através de ambas as métricas de causalidade de Granger, não aparenta o mesmo grau de mudanças observado nas medidas correlacionais. Observamos aumentos na GPDC de várias regiões para si próprias em muitas frequências (25% de um total de 40 auto-conexões), que indica um grau de disconexão às outras regiões. Dadas regiões semente, revelamos padrões significativos espacialmente distribuídos de associação entre efeitos padronizados da idade na conectividade para seus alvos e das espessuras dos alvos. Regiões com menor evidência para o desbastamento relacionado com a idade, como várias áreas occipitais, tendem a ter menos alterações em sua conectividade funcional que regiões com maior evidência suportando o desbastamento cortical relacionado à idade, como diversas regiões frontais. Hipotetizamos que regiões cuja associação é negativa (5% das regiões semente) são parte de sistemas compensatórios, estando correlacionadas com regiões que demonstram os maiores graus de atrofia de modo crescente. Regiões cuja associação é positiva (5%) não teriam mecanismos compensatórios à disposição, e portanto perdem conectividade para regiões atróficas. No geral, encontramos evidências para alterações na conectividade e na morfometria cortical e subcortical no cérebro todo ao longo da extensão da vida adulta humana. Também achamos um padrão específico de associações entre tendências atróficas e alterações na conectividade cerebral devido à idade

Sabe-se que diversas regiões do cérebro humano trabalham em sincronia, mesmo anatomicamente separadas, sugerindo conexões funcionais e estruturais. Dessa forma, nosso cérebro pode ser considerado uma rede que pode ser estudada para diferenças entre indivíduos e entre tarefas, em que os nodos podem ser diferentes regiões e as arestas podem ser medidas de conectividade funcional entre séries temporais de um sinal de ressonância magnética de cada região. Neste estudo, propomos analisar como conectividade funcional e parâmetros de rede cerebral se relacionam com desempenho intelectual e um estado de atenção sustentada. Foram adquiridas imagens de ressonância magnética de 30 indivíduos saudáveis jovens em estado de repouso e de atenção sustentada, a partir delas foram calculadas as conexões funcionais entre 90 regiões cerebrais usando o coeficiente de correlação entre pares de series temporais. Destes sujeitos foram estimados sete índices de inteligência a partir da aplicação do teste WAIS-III. As matrizes de conectividade evidenciariam um comportamento de rede complexa de mundo pequeno para limiares entre 0,2 e 0,5. Não foram encontradas associações entre parâmetros globais das redes ponderadas em estado de repouso e os índices de inteligência. Conectividade funcional e alguns parâmetros de rede locais evidenciaram correlações com pontuações de inteligência, principalmente nas regiões frontal, pré-central, parietal e occipital, giro fusiforme e supramarginal e caudado. Embora o p-valor não-corrigido seja bem pequeno e/ou haja simetria entre hemisférios em alguns resultados, ao ser considerado o efeito de múltiplas comparações para análise inteira não foram encontradas associações estatisticamente significativas, por isso as análises foram corrigidas para cada região (p-valor corrigido pelo FDR<0,05). Ainda assim, possivelmente um aumento do número de sujeitos levaria a resultados mais conclusivos. Não foram encontrados resultados que confirmassem a hipótese de que, para indivíduos normais, haveria uma maior anti-correlação de redes extrínsecas e intrínsecas como um todo para o estado de atenção focada em relação ao estado de repouso. Entretanto, durante o estado de atenção sustentada, foram encontradas algumas diferenças estatisticamente significantes nas conexões locais dentro das redes positivas e negativas à tarefa, evidenciadas por um aumento na magnitude das correlações positivas ou negativas durante a atenção sustentada, além de uma tendência de anti-correlação em conexões entre regiões positivas e negativas à tarefa. / It\'s known that some regions of the human brain work synchronously, even if they are anatomically separated, suggesting functional and structural connections. In this way, our brain can be considered a network that can be studied for individual or task differences and in which nodes can be the different regions and edges can be the measurements of functional connectivity between blood oxygen level-dependent signal time series from each region. In this study, we aim to analyze how functional connectivity and brain network parameters relate to intellectual performance and to sustained attention state. Resonance Magnetic images were acquired in 30 healthy young volunteers in resting and attentional state. The functional connections between 90 brain regions were computed from them using correlation coefficient between pairs of temporal series. Seven intelligence indices were estimated from these subjects through WAIS-III test application and associations between functional connectivity values or brain network parameters were sought. Connectivity matrices evidenced a small-world complex network behavior for thresholds between 0.2 and 0.5. No associations between global parameters using weighted networks were found. Functional connectivity and network parameters have evidenced some correlations with intelligence scores, mainly in frontal, pre-central, parietal, occipital regions, fusiform and supramarginal gyrus and caudate nucleus. Even that the uncorrected p-value was small and/or there was symmetry between hemispheres in several results, statistical significant associations were not found considering multiple comparisons correction for the entire analysis, therefore the analysis were corrected for each region (FDR corrected p-value <0.05). Even, increasing the number of subjects possibly would get more conclusive results. Results corroborant to the initial hypothesis of greater anti-correlation between default mode network and task-positive regions were not found for the sustained attention state. However, during sustained attention state, some statistically significant differences in local connections within task-positive and negative regions were found, evidenced by the increase of the strength of positive and negative correlations, besides of a trend of anti-correlation in connections between task-positive and negative regions.

INTRODUÇÃO: Transtornos psiquiátricos com sintomas psicóticos trazem prejuízos ocupacionais e sociais significativos aos seus portadores, com aumento da mortalidade e morbidade. Estes transtornos têm sido estudados como alterações do padrão de conectividade funcional nas redes cerebrais do estado de repouso. Entretanto, tais relatos são mais frequentes em pacientes crônicos, com literatura escassa sobre pacientes em primeiro episódio psicótico, principalmente não realizando comparações entre as redes. OBJETIVO: Este foi um estudo exploratório com objetivo de caracterizar a conectividade funcional cerebral das redes do estado de repouso em pacientes de primeiro episódio psicótico através da ressonância nuclear magnética funcional comparando-os a irmãos e a controles de base populacional. MÉTODOS: A amostra foi composta por por 38 pacientes em primeiro episódio psicótico, 13 irmãos e 41 controles de base populacional. Foram coletadas imagens por ressonância magnética funcional e a conectividade funcional foi obtida através do coeficiente de correlação de Pearson da série temporal do sinal BOLD de 264 regiões de interesse. A comparação da conectividade funcional entre os grupos de participantes foi feita pelo método Partial Least Square. Também foi utilizado o método Behavior Partial Least Square para buscar um padrão de conexões alteradas que estivesse associado a gravidade dos sintomas psicóticos, ao tempo de tratamento e a duração da psicose não tratada. A análise estatística contou com 10.000 permutações e um método de reamostragem e foram considerados significativos valores de p<0.05. RESULTADOS: As alterações nas redes, em sua maioria, foram devido à mudança de correlação positiva para correlação negativa nos pacientes em relação aos controles. As redes com maior número de conexões alteradas entre pacientes e controles foram a rede sensóriomotor mão, Default Mode Network (DMN) e rede visual. As conexões estiveram mais alteradas no lobo frontal direito. Não foi encontrada associação entre o padrão de conectividade funcional dos pacientes e a duração de psicose não tratada, o tempo de tratamento farmacológico e a gravidade da psicose. Na comparação entre pacientes e irmãos, foi encontrada uma tendência à significância de um padrão de conexões alteradas. Não foi encontrada diferença significativa entre o grupo de irmãos e o grupo controle. DISCUSSÃO: Pacientes em primeiro episódio psicótico apresentaram maior segregação das redes do estado de repouso comparados a controles de base populacional, corroborando a hipótese etiológica da Esquizofrenia de uma desconectividade funcional do cérebro. A rede sensório-motor mão surpreendentemente foi a rede com maior número de alterações, apontando a necessidade de mais estudos sobre a mesma. Os irmãos não apresentaram um padrão de conexões do repouso diferente dos controles, não corroborando as hipóteses de que tal grupo apresentaria um padrão intermediário entre pacientes e controles. CONCLUSÃO: Os achados apontam para um uma topologia cerebral amplamente prejudicada já no início da psicose, com uma maior segregação entre as redes do estado de repouso em pacientes de primeiro episódio psicótico. / INTRODUCTION: Psychiatric disorders with psychotic symptoms bring significant occupational and social harm to their patients, with increased mortality and morbidity. These disorders have been studies as changes in the functional connectivity patterns in resting state brain networks. However, reports are more frequently made in chronic patients, with a scarce literature from first episode psychosis patients, mostly not making intra-networks comparison. OBJECTIVE: This was an exploratory study that had the objective of characterize the brain functional connectivity of resting networks in first episode psychosis patients through functional magnetic resonance imaging compared to siblings and to population based controls. METHODS: Final sample consisted of 38 first episode psychosis, 13 siblings and 41 population-based controls. Functional magnetic resonance images were collected in first episode psychosis, siblings and population based controls. Functional connectivity was obtained through the Pearson Correlation Coefficient of 264 regions of interest BOLD signal time series´. Comparison of functional connectivity among groups of participants was made using Partial Least Square method. Behavior Partial Least Square was performed to seek for a pattern associated with illness severity, pharmacological treatment time and duration of untreated psychosis. The statistical analysis was conducted with 10,000 permutations and bootstrap considering significant values of p<0.05. RESULTS: Aberrant network connections were mostrly due to changes of positive correlation to negative correlation in patients compared to controle. The majority of altered connections were found in sensory-motor network, DMN and visual network. The areas most affected were right frontal lobe. It was not found a functional connectivity pattern associated with illness severity, treatment time and duration of untreated psychosis. A tendency difference was found in the connectivity pattern between siblings and patients. No different connectivity pattern was found between siblings and controls. DISCUSSION: First episode psychosis presented more segregated resting state networks than controls, reinforcing the disconnectivity etiology hypothesis for schizophrenia. An unexpected result was sensory-motor hand network being the network with more altered connections, pointing to the need of more studies to comprehend it. The sibling group did not differ from the control group, not corroborating the hypotheses that such a group would present an intermediate pattern between patients and controls. CONCLUSION: The findings point to a largely impaired brain topology already at the beginning of the psychosis, with greater segregation between resting state networks in patients with first episode psychosis.

A quantidade de habitat remanescente, a conectividade e o tamanho dos fragmentos são sugeridos como determinantes para a manutenção de espécies em paisagens fragmentadas, e dessa maneira é essencial entendermos e modelarmos tais relações para o embasamento de políticas de conservação. Para analisarmos tais efeitos na riqueza e abundância de aves de sub-bosque e na abundância de 29 espécies de aves da Mata Atlântica, construímos modelos com variáveis representando o tamanho do fragmento e graus diversos de conectividade funcional em três paisagens com diferentes proporções de habitat (14, 31 e 45% de habitat). Posteriormente, confrontamos tais modelos com dados provenientes de amostragens com redes de neblina (4.818 indivíduos) com um esforço amostral total de quase 34.000 horas-rede em 53 fragmentos de diferentes tamanhos (2 a 159 ha) e graus de conectividades (considerando conexões por corredor ou por curtas distâncias pela matriz). Em seguida, hierarquizamos tais modelos através do critério de Informação de Akaike. Um total de 117 espécies foi capturado, e a paisagem com maior riqueza foi aquela de maior proporção de mata (87), enquanto as outras duas apresentaram riquezas semelhantes e menores (62 e 70), o que sugere um limiar de habitat entre 32 e 44% para a perda de um grande número de espécies. Além disso, os aspectos de configuração foram importantes em todas as paisagens, contudo, diferentes características foram relevantes em cada um dos casos. Enquanto na paisagem com menor proporção de habitat o tamanho dos fragmentos foi extremamente influente na determinação da riqueza e da abundância de espécies, os aspectos relacionados à conectividade foram mais importantes nas paisagens com 31 e 45% de proporção de habitat. Dentre as variáveis de conectividade, as que representam conectividade por corredores foram particularmente importantes, seguidas pelas de pequenos cruzamentos pela matriz (20 m). Modelos que levaram em consideração cruzamentos de 40 m pela matriz foram bem menos plausíveis que os demais. Os modelos para abundância das 29 espécies também resultaram em um padrão similar ao observado para a comunidade. No entanto, a importância relativa do tamanho do fragmento e da conectividade mudou em função da proporção de habitat, de acordo com a espécie abordada. Os resultados aqui apresentados são importantes para o embasamento de políticas de manejo para a conservação, e ressaltam a influência relativa das variáveis de configuração ao longo do gradiente de quantidade de hábitat, e devem ser consideradas quando na seleção de áreas para conservação, restauração ou qualquer forma de manejo voltado para a conservação. / Landscape aspects such as habitat amount, fragment size and connectivity, have been suggested as key features for maintaining species in altered landscapes, and thus are essential to be modeled and comprehended for management and conservation purposes. To test their effects on understory Atlantic forest bird species, we built models with variables representing fragment size and functional connectivity in 3 landscapes with different proportions of forest (14, 31 and 45%), and confronted with data from more than 4,818 individuals captured in 53 fragments of different sizes (2.06 to 158.45 ha) and connectivitys (connected by corridors, or by short distances), and then we ranked under a model selection approach (AIC). A total of 117 species were recorded, and the landscape with higher amount of forest was richer (87) than the two others which presented a similar lower richness (62 and 70), what suggests a threshold amount of habitat between 32 to 44%. Configuration aspects were important in all cases; however, different characteristics influenced species richness and abundance in each landscape. Patch size was important in determining species richness and abundance in the landscape with low amount of habitat, while connectivity aspects were crucial in the landscapes with higher amounts of habitat. Within the connectivity models, particularly the ones that take in to account the connectivity by corridors, but also the ones that consider short movements through the matrix are far better supported, then the ones by longer distances gaps. Moreover, specieslevel analyses yielded results similar to the pattern found for the whole assemblage, and the configuration variable influence varied along the habitat conversion gradient. The results presented here are important for management planning towards conservation, and should be considered in site selection for conservation, restoration or any other kind of management.

Ainda pouco se sabe sobre as causas do transtorno do espectro autista (TEA) e seus efeitos na funcionalidade cerebral, porém, diversas pesquisas apontam que a condição esteja relacionada à uma conectividade diferenciada entre regiões do cérebro. A conectividade córtico-cerebelar tem sido tema de pesquisas nas últimas décadas em decorrência de novos achados que indicam que esta conectividade está relacionada ao aprendizado e refinamento de diversas funcionalidades do córtex. Acredita-se que uma falha na conectividade córtico-cerebelar poderia estar relacionada à falhas em funções sensorimotoras, cognitivas e emocionais. A investigação de regiões cuja conectividade córtico-cerebelar está alterada no TEA contribui para uma melhor compreensão deste transtorno. Assim, o objetivo deste trabalho é identificar regiões do cérebro cuja conectividade funcional com o cerebelo seja diferente entre indivíduos com desenvolvimento típico (DT) e diagnosticados com TEA. Para isto, utilizamos imagens de ressonância magnética funcional (fMRI) de 708 indivíduos em estado de repouso (432 DT e 276 TEA) com idades entre 6 e 58 anos coletados pelo consórcio ABIDE. Os dados foram pré-processados e divididos conforme regiões anatômicas do cérebro que foram adotadas como regiões de interesse (ROIs). Para determinar a conectividade funcional de cada região do córtex com o cerebelo, aplicamos o método de análise de componentes principais (PCA) nas ROIs do cerebelo e utilizamos um modelo regressão linear para cada ROI do córtex, sendo a série temporal da ROI do córtex a variável resposta e as componentes principais (PCs) do cerebelo as variáveis preditoras. Em seguida, identificamos as regiões com conectividade funcional diferente entre indivíduos com DT e diagnosticados com TEA através de um modelo linear que inclui como covariáveis, idade, gênero e local de coleta do dado. Identificamos cinco regiões do córtex que apresentam reduzida conectividade funcional com o cerebelo nos indivíduos com TEA, sendo elas: (i) giro fusiforme direito, (ii) giro pós-central direito, (iii) giro temporal superior direito e (iv) giro temporal médio direito e (v) esquerdo. Todas as cinco regiões são parte do sistema sensorimotor, e estão relacionadas à funções ligadas à sintomas característicos do quadro de TEA, como: sensibilidade à estímulos sensoriais, dislexia, prosopagnosia (dificuldade para reconhecer faces), dificuldade de compreensão de linguagem e dificuldade de reconhecimento de emoções em faces. Nossos resultados mostram que existem regiões do sistema sensorimotor que apresentam conectividade funcional com o cerebelo atipicamente reduzida em TEA, como corroborado por estudos de imageamento com tarefa específica e como hipotetizado por estudos de conectividade estrutural. Nós acreditamos que a conectividade córtico-cerebelar reduzida dessas regiões esteja prejudicando o processamento e aprendizado de funções sensorimotoras, levando ao surgimento de sintomas típicos do TEA. / Little is known about the causes of autism spectrum disorder (ASD) and its effects on brain functions. Several researches point that it may be related to differentiated connections between brain regions. The cortico-cerebellar connectivity has been theme of researches over the last decade given the new discoveries suggesting that this connection is associated with learning and tuning of diverse brain functionalities. It is believed that cortico-cerebellar connectivity impairment may be related to impairments on sensorimotor, cognitive, and emotional functions. For a better understanding of the condition, we aim at identifying brain regions that present a impaired cortico-cerebellar connectivity between TD and ASD. Thus, our goal is to identify brain regions where the functional connectivity with the cerebellum is different between subjects with typical development (TD) and ASD. We used functional magnetic resonance images (fMRI) of 708 subjects under resting state protocol (432 TD and 276 ASD) with ages between 6 and 58 years old collected by the ABIDE Consortium. Data was pre-processed, splited in anatomical brain regions, which were adopted as regions of interest (ROIs). To establish the functional connectivity of each cortical ROI to the cerebellum, first we applied the principal component analysis (PCA) on cerebellar ROIs. Next, we used a linear regression model to each cortical ROI time series as response variable and the cerebellum principal components (PCs) as the predictive variables. After that, we identified regions of different connections between TD and ASD subjects applying a linear model including age, gender, and data collection site as covariables. We identified five cortical regions with reduced functional connectivity with cerebellum on the ASD subjects, namely: (i) right fusiform gyrus, (ii) right postcentral gyrus, (iii) right superior temporal gyrus, (iv) right middle temporal gyrus, and (v) left middle temporal gyrus. All five regions are part of the sensorimotor system, and contribute to functions typically associated with ASD, such as: sensitivity to external stimulus, dyslexia, prosopagnosia (difficulty to recognize faces), language comprehension impairments, and recognition of emotional expressions impairment. Our results show that there are brain regions with atypical cortico-cerebellar connectivity impairment on ASD, in accordance with results from previous studies of tactography and task driven fMRI. We believe that the decreased cortico-cerebellar connectivity of these regions are affecting the learning process of sensorimotor functionalities, leading to typical ASD symptoms.

Esta dissertação desenvolve e aplica métodos para caracterizar regiões cerebrais durante o estado de repouso. Utilizam-se grafos para representar a inter-dependência temporal de sinais de ressonância magnética funcional provenientes de regiões cerebrais distintas. Vértices representam regiões cerebrais e arestas representam a conectividade funcional. Buscando superar os problemas de visualização e interpretação desta forma de representação, elaboram-se métodos quantitativos para caracterizar padrões de conectividade entre regiões cerebrais. Para cada sujeito analisado: 1) Faz-se a redução da dimensionalidade espacial das imagens de ressonância magnética funcional respeitando os limites anatômicos das regiões cerebrais. 2) Estima-se a rede de conectividade funcional pela coerência direcionada entre pares de regiões distintas. 3) Constrói-se um grafo direcionado e pesado pela medida de conectividade. 4) Quantificam-se os vértices por índices e faz-se o registro destes valores no espaço comum MNI. 5) Avalia-se a consistência de cada índice pelo teste não paramétrico de Friedman seguido de análises de múltiplas comparações. A análise de 198 imagens de sujeitos sadios produziu resultados consistentes e biologicamente plausíveis. Em sua maioria, revelou regiões associadas a conceitos anatômicos de conectividade e integração cerebral. Embora de implementação simples, o método proporciona informações de natureza dinâmica sobre as relações entre diferentes regiões cerebrais e pode ser utilizado futuramente para estudar e entender desordens psiquiátricas/neurológicas. / This dissertation develops and applies methods to characterize brain regions during resting state. Graphs are used to represent functional MRI connectivity from different brain regions. Vertices represent brain regions and edges represent connectivity. To overcome the visualization and interpretation problems of this form of representation, we developed quantitative methods to characterize its patterns. Methods: For each subject: 1) The reduction of spatial dimensionality of functional magnetic resonance imaging is carried out taking into account the anatomic limits of the brain regions. 2) The network is estimated by directed coherence between pairs of separate regions. 3) A directed graph with weights on its edges is constructed using the later connectivity measure. 4) The vertices are quantified by indexes that are registered in the MNI common space. 5) The consistency of each index is evaluated by the nonparametric Friedman followed by Post-Hoc analysis. Results: The analysis of 198 images of healthy subjects produced consistent and biologically plausible results. They revealed anatomical regions involved in brain integration. Conclusion: The method provides information about the dynamic nature of the relationships between different brain regions and can be used in future clinical studies to understand psychiatric and neurological disorders.