A ressonância estocástica (RE) mostra que certos níveis de ruído ajudam na detecção e transmissão de sinais subliminares. Melhorias no desempenho do sistema somato-sensorial e motor (dentre outros) têm sido obtidos por meio da RE gerada pela utilização de sinais aditivos de intensidade ótima. O sinal aditivo (SA) mais comumente utilizado é o ruído branco gaussiano (RBG). Este estudo teve como objetivo verificar se é possível gerar RE no sistema sensorial tátil usando como SA um sinal senoidal e comparar estes resultados com os obtidos realizando o mesmo experimento com SA de tipo RBG. Os sinais usados no experimento foram definidos como sinal de estímulo (SE) de 3Hz a ser reconhecido com a ajuda dos SA, sinal aditivo senoidal (SAS) de 150Hz e sinal aditivo de ruido branco gaussiano (SARBG) filtrado a 150Hz. Na primeira parte do estudo foi feita uma simulação do modelo de neurônio de Hodgkin e Huxley para verificar se na teoria podia se obter RE para SE e SA senoidais. Foi injetado um sinal senoidal de 3Hz no modelo com uma intensidade para a qual o neurônio não conseguia gerar potencial de ação (PA). Quando a este sinal inicial foi adicionado um sinal senoidal de frequência superior, o neurônio conseguiu responder. A mesma resposta foi obtida quando o SA usado foi RBG, conseguindo mostrar de forma qualitativa a nossa hipótese a partir de um modelo simulado. Posteriormente foi realizado um estudo psicofísico com 20 voluntários (11 homens e 9 mulheres) para verificar o desempenho do SAS e comparar este com o desempenho de SARBG para a detecção sensorial do SE. Primeiro foi achado o limiar de detecção (LD) para cada um dos sinais usados e no experimento este valor foi usado para determinar a intensidade de estímulo. No caso do SE a intensidade foi definida como 80% do LD de cada voluntário. No caso dos SA a intensidade foi variando entre 0% até 80% do LD, com o objetivo de se encontrar a melhor proporção de SA adicionado para detectar o SE. Em 90% dos casos conseguiu-se gerar RE tanto empregando um sinal senoidal de frequência rápida como SA, quanto utilizando-se RBG. Ambos SAs apresentaram uma melhoria estatisticamente significativa na proporção de detecção (PD) do SE. Porém, nenhum dos SA apresentou um melhor desempenho em relação ao outro, de maneira que poderia ser usado tanto um quanto outro tipo de SA para gerar RE no sistema somato-sensorial. Este trabalho é pioneiro em usar uma combinação de senóides para gerar RE e abre as portas à elaboração e desenvolvimento de dispositivos biomédicos que contenham uma parte geradora de RE e consigam melhorar a estabilidade e controle postural em pessoas com deficiência motora ou somato-sensorial. / Stochastic ressonance (SR) shows that certain levels of noise help to detect and transmit subliminal signals. Improvements in the performance of the somatosensory and motor systems (among others) have been obtained through the SR generated using additive signals with optimal intensity. The most commonly used additive signal (AS) is white Gaussian noise (WGN). This study aimed to verify whether it is possible to generate SR in the tactile sensory system using a sinusoidal signal as the AS and, at the same time, compare the results when the AS was WGN. The signals used in the experiments were defined as 3Hz for the stimulus signal (SS), to be recognized with the aid of ASs. These were either a sinuoid of 150Hz additive sinusoidal signal (ASS) or a white Gaussian noise additive signal (WGNAS) filtered at 150Hz. In the first part of the study a simulation of the Hodgkin and Huxley neuron model was made to verify if it could undergo SR for the same types of SS and AS mentioned before. A 3Hz sine signal was injected into the model with an intensity at which the neuron could not generate action potentials. When a higher frequency sine wave was added to this initial signal, the neuron could respond. The same behaviour was obtained when the additive signal used was WGN, giving, hence, a qualitative confirmation of our hypothesis. A psychophysical study was then carried out with 20 volunteers (11 men and 9 women) to verify the performance of the ASS and compare it with the WGNAS for the sensory detection of the sinusoidal SS. Initially, the detection threshold (DT) was found for each of the signals used. During the experiment, this value was used to determine the stimulus intensity. In the case of the SS the intensity was defined as 80 % of the DT of each volunteer. In the case of ASs, the intensity varied from 0% to 80% of the DT, in order to find the best proportion of AS added to detect the SS. In 90% of the cases it was possible to generate SR using either a fast frequency ASS or the WGNAS. Both ASs showed a statistically significant improvement in the detection rate (DR) of the SS. However, none of ASs performed better than the other, so that both types could be used to generate SR in the somatosensory system. This work has pioneered the use of a combination of sinusoids to generate SR and opens the door to the development of biomedical devices that help generate SR to provide stability improvement and better postural control for people with motor or somatosensory impairment.

A ressonância estocástica (RE) mostra que certos níveis de ruído ajudam na detecção e transmissão de sinais subliminares. Melhorias no desempenho do sistema somato-sensorial e motor (dentre outros) têm sido obtidos por meio da RE gerada pela utilização de sinais aditivos de intensidade ótima. O sinal aditivo (SA) mais comumente utilizado é o ruído branco gaussiano (RBG). Este estudo teve como objetivo verificar se é possível gerar RE no sistema sensorial tátil usando como SA um sinal senoidal e comparar estes resultados com os obtidos realizando o mesmo experimento com SA de tipo RBG. Os sinais usados no experimento foram definidos como sinal de estímulo (SE) de 3Hz a ser reconhecido com a ajuda dos SA, sinal aditivo senoidal (SAS) de 150Hz e sinal aditivo de ruido branco gaussiano (SARBG) filtrado a 150Hz. Na primeira parte do estudo foi feita uma simulação do modelo de neurônio de Hodgkin e Huxley para verificar se na teoria podia se obter RE para SE e SA senoidais. Foi injetado um sinal senoidal de 3Hz no modelo com uma intensidade para a qual o neurônio não conseguia gerar potencial de ação (PA). Quando a este sinal inicial foi adicionado um sinal senoidal de frequência superior, o neurônio conseguiu responder. A mesma resposta foi obtida quando o SA usado foi RBG, conseguindo mostrar de forma qualitativa a nossa hipótese a partir de um modelo simulado. Posteriormente foi realizado um estudo psicofísico com 20 voluntários (11 homens e 9 mulheres) para verificar o desempenho do SAS e comparar este com o desempenho de SARBG para a detecção sensorial do SE. Primeiro foi achado o limiar de detecção (LD) para cada um dos sinais usados e no experimento este valor foi usado para determinar a intensidade de estímulo. No caso do SE a intensidade foi definida como 80% do LD de cada voluntário. No caso dos SA a intensidade foi variando entre 0% até 80% do LD, com o objetivo de se encontrar a melhor proporção de SA adicionado para detectar o SE. Em 90% dos casos conseguiu-se gerar RE tanto empregando um sinal senoidal de frequência rápida como SA, quanto utilizando-se RBG. Ambos SAs apresentaram uma melhoria estatisticamente significativa na proporção de detecção (PD) do SE. Porém, nenhum dos SA apresentou um melhor desempenho em relação ao outro, de maneira que poderia ser usado tanto um quanto outro tipo de SA para gerar RE no sistema somato-sensorial. Este trabalho é pioneiro em usar uma combinação de senóides para gerar RE e abre as portas à elaboração e desenvolvimento de dispositivos biomédicos que contenham uma parte geradora de RE e consigam melhorar a estabilidade e controle postural em pessoas com deficiência motora ou somato-sensorial. / Stochastic ressonance (SR) shows that certain levels of noise help to detect and transmit subliminal signals. Improvements in the performance of the somatosensory and motor systems (among others) have been obtained through the SR generated using additive signals with optimal intensity. The most commonly used additive signal (AS) is white Gaussian noise (WGN). This study aimed to verify whether it is possible to generate SR in the tactile sensory system using a sinusoidal signal as the AS and, at the same time, compare the results when the AS was WGN. The signals used in the experiments were defined as 3Hz for the stimulus signal (SS), to be recognized with the aid of ASs. These were either a sinuoid of 150Hz additive sinusoidal signal (ASS) or a white Gaussian noise additive signal (WGNAS) filtered at 150Hz. In the first part of the study a simulation of the Hodgkin and Huxley neuron model was made to verify if it could undergo SR for the same types of SS and AS mentioned before. A 3Hz sine signal was injected into the model with an intensity at which the neuron could not generate action potentials. When a higher frequency sine wave was added to this initial signal, the neuron could respond. The same behaviour was obtained when the additive signal used was WGN, giving, hence, a qualitative confirmation of our hypothesis. A psychophysical study was then carried out with 20 volunteers (11 men and 9 women) to verify the performance of the ASS and compare it with the WGNAS for the sensory detection of the sinusoidal SS. Initially, the detection threshold (DT) was found for each of the signals used. During the experiment, this value was used to determine the stimulus intensity. In the case of the SS the intensity was defined as 80 % of the DT of each volunteer. In the case of ASs, the intensity varied from 0% to 80% of the DT, in order to find the best proportion of AS added to detect the SS. In 90% of the cases it was possible to generate SR using either a fast frequency ASS or the WGNAS. Both ASs showed a statistically significant improvement in the detection rate (DR) of the SS. However, none of ASs performed better than the other, so that both types could be used to generate SR in the somatosensory system. This work has pioneered the use of a combination of sinusoids to generate SR and opens the door to the development of biomedical devices that help generate SR to provide stability improvement and better postural control for people with motor or somatosensory impairment.

A deficiência de ferro é a carência nutricional mais frequente no mundo, uma vez que a população de crianças é uma das que mais sofre com essa condição. É sabido que o desenvolvimento cerebral é determinado não apenas por um plano genético, mas sim por uma forte interação de fatores genéticos e ambientais. Evidências emergentes sugerem que a estimulação precoce pode oferecer grande eficácia terapêutica, uma vez que o cérebro é notavelmente responsivo a essa interação com o ambiente. Dado que a estimulação tátil (TS) tem sido previamente demonstrada ser uma abordagem terapêutica eficaz e com potencial aplicação em seres humanos, o objetivo deste estudo foi verificar se a exposição à estimulação tátil desde o dia pós-natal (P) 1 até P32 durante 3 min/dia, poderia ser utilizada para prevenir alterações estruturais do nervo óptico de ratos mantidos com uma dieta deficiente em ferro durante o desenvolvimento pós-natal. Foram utilizados 72 ratos machos recém-nascidos (Wistar), sendo que as ratas-lactantes foram mantidas com dieta isocalórica com 35mg/Fe por kg de ração (Grupo ANTS) ou com 4mg/Fe por kg de ração (Grupo DNTS) durante todo o período de lactação e os filhotes receberam a dieta de suas respectivas ratas-lactantes após o desmame (P22-32). Metade dos filhotes de cada grupo foi submetida à TS diária (Grupo ATS e DTS), durante todo o período experimental (P01-32). Foram realizadas análises estrutural e ultraestrutural, em 3 diferentes idades, para avaliar a integridade tecidual e também a fim de determinar se as mudanças observadas na citoarquitetura do nervo óptico foram significativamente diferentes entre os grupos e idades. Verificou-se que os animais mantidos com dieta deficiente em ferro apresentaram baixo peso corporal a partir do desmame, revelando uma curva de crescimento menos acentuada. A baixa concentração de hemoglobina e hematócritos indicam que esses animais sofreram com anemia severa em todos os períodos estudados. A análise ultraestrutural qualitativa mostrou que a deficiência de ferro imposta durante o período crítico do desenvolvimento leva a sérios danos as fibras das células ganglionares da retina, com efeitos sobre o envoltório de mielina que frequentemente apresentou afrouxamento lamelar e em idades mais avançadas foram encontradas degenerações mielínicas e axonais. A análise ultraestrutural quantitativa mostrou que a dieta deficiente em ferro leva a um atraso no processo de mielinização que pode ser parcialmente revertido pelo tratamento com estimulação tátil. Além disso, fica claro que as fibras de menor diâmetro são mais sensíveis às lesões geradas pela deficiência de ferro e também ao tratamento, enquanto que as fibras de maior diâmetro são afetadas de forma desproporcional tanto pela deficiência de ferro quanto pela estimulação tátil. As lesões sugerem que a transmissão dos sinais elétricos pode estar prejudicada, interferindo com as funções normais do sistema visual. / Iron deficiency has a critical impact on maturational mechanisms of the brain and the damage related to neuroanatomical parameters is not satisfactorily reversed after iron replacement. However, emerging evidence suggest that enriched early experience may offer great therapeutic efficacy in cases of nutritional disorders postnatally, since the brain is remarkably responsive to its interaction with the environment. Given the fact that tactile stimulation (TS) treatment has been previously shown to be an effective therapeutic approach and with potential application to humans, here we ask whether exposure to TS treatment, from postnatal day (P) 1 to P32 for 3 min/day, could also be employed to prevent neuroanatomical changes in the optic nerve of rats maintained on an iron-deficient diet during brain development. It was verified that the animals maintained with iron deficient diet presented low weight from the weaning, revealing a lower growth curve. The low concentration of hemoglobin and hematocrits indicate that these animals suffered from severe anemia in all studied periods. The qualitative ultrastructural analysis showed that the iron deficiency imposed during the critical period of development leads to serious damage to the fibers from retinal ganglion cells, with effects on the myelin sheath that frequently presented lamellar loosening and myelin degenerations and axonal at more advanced age. Quantitative ultrastructural analysis has shown that the iron deficient diet leads to a delay in the myelination process that can be partially reversed by treatment with tactile stimulation. In addition, it is clear that the smaller diameter fibers are more sensitive to the iron deficiency and also to the treatment, whereas the larger fibers are disproportionately affected by both iron deficiency and tactile stimulation. The lesions suggest that the transmission of electrical signals may be impaired, interfering with the normal functions of the visual system.

Diante da deficiência de ferro que leva a processos degenerativos do sistema nervoso central e da estimulação tátil neonatal como uma estratégia não invasiva e promissora para atenuar os déficits causados pela degeneração, assim, justifica-se comparar em ratos submetidos à dieta deficiente em ferro (A - 4mg/kg) ou dieta adequada em ferro (C - 35mg/kg) os efeitos da estimulação tátil neonatal, em relação aos aspectos morfológicos e morfométricos das células gliais, fibras mielínicas e vasos sanguíneos do nervo óptico, aos 18, 22 e 32 dias de idade. Foram utilizadas 12 ninhadas de ratos Wistar, compostas por 12 ratas-mãe e 72 filhotes machos recém-nascidos, que por sua vez, foram divididos em dois grupos de acordo com a dieta submetida às ratas-mãe (A e C). Metade das ninhadas do grupo A e C foram submetidas à estimulação tátil (E) e a outra metade não recebeu nenhuma forma de estímulo (N). Resultando, portanto, nos seguintes grupos experimentais: grupo controle não estimulado (CN), grupo controle estimulado (CE), grupo anêmico não estimulado (AN), e grupo anêmico estimulado (AE), cada grupo foi composto por 3 ratas-mães e 18 filhotes. Aos 18, 22 e 32 dias de vida, seis animais de cada grupo experimental foram profundamente anestesiados e perfundidos por via transcardíaca. Os nervos ópticos foram cuidadosamente dissecados com o auxílio de um estereomicroscópio (Stemi DRC, Carl Zeiss) e esses fragmentos foram refixados em tetróxido de ósmio a 1% em tampão fosfato e então processados para inclusão em araldite. Na análise dos aspectos morfológicos dos nervos ópticos dos ratos do grupo AN, foi observada grande quantidade de fibras com aumento do diâmetro axônal indicando aumento de líquido intracelular e, por conseguinte edema axônal. Ainda, foram encontradas bainhas de mielina desconfiguradas, caracterizando frouxidão lamelar ou desprendimento da bainha de mielina de seu axônio, além do mais, é notório o aumento de espaços entre as fibras. Os astrócitos e os oligodendrócitos também demonstravam sinais claros de sofrimento celular, apresentando deformidades da membrana nuclear, como invaginação ou irregularidade do envelope nuclear. Os nervos ópticos dos ratos anêmicos e submetidos à estimulação neonatal apresentaram diminuição dos efeitos deletérios da deficiência de ferro. Não houve diferença das características dos nervos ópticos dos grupos CN e CE. De acordo com o resultado de quantificação de células gliais, constata-se que os animais alimentados com dieta inadequada em ferro apresentaram maior quantidade de astrócitos e menor quantidade de oligodendrócitos em todas as idades estudadas e essas medidas não são alteradas pela estimulação tátil neonatal. A quantificação de vasos sanguíneos mostra que a dieta deficiente em ferro não tem qualquer efeito sobre a densidade de vasos, entretanto a estimulação tátil neonatal aumenta significativamente o número de vasos no nervo óptico. A quantificação revelou grande aumento de fibras nervosas mielínicas lesadas nos animais que se alimentaram com dieta deficiente em ferro e também revelou que a estimulação tátil neonatal diminui o número de fibras lesadas. Os dados do presente estudo mostram que animais alimentados com dieta deficiente em ferro sofrem alterações celulares importantes durante o desenvolvimento pós-natal precoce do nervo óptico quando comparados com controle. Também é possível notar que a estimulação tátil neonatal, realizada no período crítico do desenvolvimento do SNC foi eficaz, minimizando a quantidade de fibras mielínicas lesadas e aumentando a quantidade de vasos sanguíneos. / Previous studies showed that iron deficiency leads to degenerative processes in the CNS and neonatal tactile stimulation is a noninvasive and promising strategy to attenuate the deficits caused by the degeneration, it is important to compare in rats, subjected to iron-deficient diet (A - 4mg/kg) or iron-adequate diet (C - 35mg/kg), the effects of neonatal tactile stimulation on the morphometric aspects of the optic nerve, such as the quantification of glial cells, blood vessels and myelinated fibers, at 18, 22 and 32 days of age. A total of twelve litters of Wistar rats was used, consisting of 12 dam and 72 male newborns, which were divided into two groups according to the diet given to the dam (A and C). Half of the litters in group A and C was subjected to tactile stimulation (E) and the other half received no stimulation (N). Finally, resulting in four experimental groups: non-stimulated control group (CN), stimulated control group (CE), the non-stimulated anemic group (AN), and the stimulated anemic group (AE), each group consisted of 3 dam and 18 pups. At 18, 22 and 32 days of life, six pups of each group was anesthetized and sacrificed by transcardiac perfusion. The optic nerve of the pups was dissected and immersed in 1% osmium tetroxide and embedded in araldite. Morphological analysis of the AN group showed that a large amount of fibers with increased axonal diameter which indicates excessive intracellular fluid and therefore axonal swelling. Furthermore, it was found disarranged myelin sheaths, characterized by lamellar loose or myelin detached from its axon. In addition, there was an increase of spaces between the fibers. Astrocytes and oligodendrocytes also showed clear signs of cell suffering, with deformities of the nuclear membrane, such as invagination or irregularity of the nuclear envelope. The analysis of the AE group showed a decrease of the deleterious effects of iron deficiency. There was no difference in the characteristics of the optic nerves of CN and CE groups. According to the result of glial cells quantification, it was found that animals fed with iron-deficient diet had a higher amount of astrocytes and a lower amount of oligodendrocytes at all ages studied, and these numbers were not altered by tactile stimulation. The blood vessels quantification shows that the iron-deficient diet has no effect on the vessel density, however, the neonatal tactile stimulation increased significantly the number of vessels in optic nerve. Morphometry showed a significant increase of the number of damaged fibers on optic nerve of animals that were fed with iron-deficient diet and neonatal tactile stimulation reduced the number of damaged fibers in these animals. The present study showed that animals fed with iron-deficient diet presented significant cellular changes during the early postnatal development of the optic nerve compared with their paired controls. It was also noted that the neonatal tactile stimulation, performed during the critical period of development of the CNS was effective, minimizing the amount of damaged fibers and increasing the amount of blood vessels.

Este trabalho visou desenvolver e integrar técnicas, algoritmos e equipamentos para o auxílio a deficientes visuais em sua familiarização para orientação e mobilidade, permitindo uma maior autonomia de locomoção e, em uma segunda etapa, a leitura de cartazes e sinais. Para tal, foi proposta a substituição sensorial da visão pelo tato, permitindo que imagens sejam capturadas, tratadas digitalmente para detecção de bordas, com simplificação da imagem e diminuição de sua resolução. Estas imagens simplificadas são posteriormente transmitidas ao usuário por meio de eletroestimulação cutânea no abdome. Foi desenvolvido um protótipo de hardware, firmware para comandá-lo e software em um microcomputador para tratar a imagem capturada, além de uma matriz de eletrodos e estimação de distância por ultra-som, para compensar a falta de estereoscopia. Este protótipo foi projetado para ser o mais flexível possível para permitir o teste de diferentes maneiras de estímulo. Foram realizados testes preliminares comprovando a viabilidade do conceito, e um segundo protótipo maior foi então projetado e construído. Este sistema provou ser útil também como equipamento para pesquisas em psicologia experimental, na área de cognição e aprendizagem. / This work intended to develop and integrate techniques, algorithms and equipments to aid visually handicapped people with the familiarization of unknown environments, as involved in orientation and mobility techniques, making locomotion an easier task. In a second phase, it allowed the blind user to receive signals corresponding to signs with letters, allowing them to \"read\" these signs. In order to do that, it was proposed the sensory substitution of vision by touch. Images were captured, processed digitally to be simplified, have their edges detected (contours of objects) and have their resolution reduced. This reduced image was then passed to the user by cutaneous electro-stimulation on the abdomen. A hardware prototype was developed, as well as firmware to control it, software to digitally process the image, a flexible matrix of electrodes, and an ultrasonic distance estimation system, to compensate for the lack of stereoscopy. The system was designed to be as flexible as possible to allow several stimuli tests. Preliminary tests were conducted that proved the feasibility of this concept. A second prototype, larger, was then designed and built. This device proved valuable also as a tool for research in experimental psychology, in cognition and learning.

Diante da deficiência de ferro que leva a processos degenerativos do sistema nervoso central e da estimulação tátil neonatal como uma estratégia não invasiva e promissora para atenuar os déficits causados pela degeneração, assim, justifica-se comparar em ratos submetidos à dieta deficiente em ferro (A - 4mg/kg) ou dieta adequada em ferro (C - 35mg/kg) os efeitos da estimulação tátil neonatal, em relação aos aspectos morfológicos e morfométricos das células gliais, fibras mielínicas e vasos sanguíneos do nervo óptico, aos 18, 22 e 32 dias de idade. Foram utilizadas 12 ninhadas de ratos Wistar, compostas por 12 ratas-mãe e 72 filhotes machos recém-nascidos, que por sua vez, foram divididos em dois grupos de acordo com a dieta submetida às ratas-mãe (A e C). Metade das ninhadas do grupo A e C foram submetidas à estimulação tátil (E) e a outra metade não recebeu nenhuma forma de estímulo (N). Resultando, portanto, nos seguintes grupos experimentais: grupo controle não estimulado (CN), grupo controle estimulado (CE), grupo anêmico não estimulado (AN), e grupo anêmico estimulado (AE), cada grupo foi composto por 3 ratas-mães e 18 filhotes. Aos 18, 22 e 32 dias de vida, seis animais de cada grupo experimental foram profundamente anestesiados e perfundidos por via transcardíaca. Os nervos ópticos foram cuidadosamente dissecados com o auxílio de um estereomicroscópio (Stemi DRC, Carl Zeiss) e esses fragmentos foram refixados em tetróxido de ósmio a 1% em tampão fosfato e então processados para inclusão em araldite. Na análise dos aspectos morfológicos dos nervos ópticos dos ratos do grupo AN, foi observada grande quantidade de fibras com aumento do diâmetro axônal indicando aumento de líquido intracelular e, por conseguinte edema axônal. Ainda, foram encontradas bainhas de mielina desconfiguradas, caracterizando frouxidão lamelar ou desprendimento da bainha de mielina de seu axônio, além do mais, é notório o aumento de espaços entre as fibras. Os astrócitos e os oligodendrócitos também demonstravam sinais claros de sofrimento celular, apresentando deformidades da membrana nuclear, como invaginação ou irregularidade do envelope nuclear. Os nervos ópticos dos ratos anêmicos e submetidos à estimulação neonatal apresentaram diminuição dos efeitos deletérios da deficiência de ferro. Não houve diferença das características dos nervos ópticos dos grupos CN e CE. De acordo com o resultado de quantificação de células gliais, constata-se que os animais alimentados com dieta inadequada em ferro apresentaram maior quantidade de astrócitos e menor quantidade de oligodendrócitos em todas as idades estudadas e essas medidas não são alteradas pela estimulação tátil neonatal. A quantificação de vasos sanguíneos mostra que a dieta deficiente em ferro não tem qualquer efeito sobre a densidade de vasos, entretanto a estimulação tátil neonatal aumenta significativamente o número de vasos no nervo óptico. A quantificação revelou grande aumento de fibras nervosas mielínicas lesadas nos animais que se alimentaram com dieta deficiente em ferro e também revelou que a estimulação tátil neonatal diminui o número de fibras lesadas. Os dados do presente estudo mostram que animais alimentados com dieta deficiente em ferro sofrem alterações celulares importantes durante o desenvolvimento pós-natal precoce do nervo óptico quando comparados com controle. Também é possível notar que a estimulação tátil neonatal, realizada no período crítico do desenvolvimento do SNC foi eficaz, minimizando a quantidade de fibras mielínicas lesadas e aumentando a quantidade de vasos sanguíneos. / Previous studies showed that iron deficiency leads to degenerative processes in the CNS and neonatal tactile stimulation is a noninvasive and promising strategy to attenuate the deficits caused by the degeneration, it is important to compare in rats, subjected to iron-deficient diet (A - 4mg/kg) or iron-adequate diet (C - 35mg/kg), the effects of neonatal tactile stimulation on the morphometric aspects of the optic nerve, such as the quantification of glial cells, blood vessels and myelinated fibers, at 18, 22 and 32 days of age. A total of twelve litters of Wistar rats was used, consisting of 12 dam and 72 male newborns, which were divided into two groups according to the diet given to the dam (A and C). Half of the litters in group A and C was subjected to tactile stimulation (E) and the other half received no stimulation (N). Finally, resulting in four experimental groups: non-stimulated control group (CN), stimulated control group (CE), the non-stimulated anemic group (AN), and the stimulated anemic group (AE), each group consisted of 3 dam and 18 pups. At 18, 22 and 32 days of life, six pups of each group was anesthetized and sacrificed by transcardiac perfusion. The optic nerve of the pups was dissected and immersed in 1% osmium tetroxide and embedded in araldite. Morphological analysis of the AN group showed that a large amount of fibers with increased axonal diameter which indicates excessive intracellular fluid and therefore axonal swelling. Furthermore, it was found disarranged myelin sheaths, characterized by lamellar loose or myelin detached from its axon. In addition, there was an increase of spaces between the fibers. Astrocytes and oligodendrocytes also showed clear signs of cell suffering, with deformities of the nuclear membrane, such as invagination or irregularity of the nuclear envelope. The analysis of the AE group showed a decrease of the deleterious effects of iron deficiency. There was no difference in the characteristics of the optic nerves of CN and CE groups. According to the result of glial cells quantification, it was found that animals fed with iron-deficient diet had a higher amount of astrocytes and a lower amount of oligodendrocytes at all ages studied, and these numbers were not altered by tactile stimulation. The blood vessels quantification shows that the iron-deficient diet has no effect on the vessel density, however, the neonatal tactile stimulation increased significantly the number of vessels in optic nerve. Morphometry showed a significant increase of the number of damaged fibers on optic nerve of animals that were fed with iron-deficient diet and neonatal tactile stimulation reduced the number of damaged fibers in these animals. The present study showed that animals fed with iron-deficient diet presented significant cellular changes during the early postnatal development of the optic nerve compared with their paired controls. It was also noted that the neonatal tactile stimulation, performed during the critical period of development of the CNS was effective, minimizing the amount of damaged fibers and increasing the amount of blood vessels.

A deficiência de ferro é a carência nutricional mais frequente no mundo, uma vez que a população de crianças é uma das que mais sofre com essa condição. É sabido que o desenvolvimento cerebral é determinado não apenas por um plano genético, mas sim por uma forte interação de fatores genéticos e ambientais. Evidências emergentes sugerem que a estimulação precoce pode oferecer grande eficácia terapêutica, uma vez que o cérebro é notavelmente responsivo a essa interação com o ambiente. Dado que a estimulação tátil (TS) tem sido previamente demonstrada ser uma abordagem terapêutica eficaz e com potencial aplicação em seres humanos, o objetivo deste estudo foi verificar se a exposição à estimulação tátil desde o dia pós-natal (P) 1 até P32 durante 3 min/dia, poderia ser utilizada para prevenir alterações estruturais do nervo óptico de ratos mantidos com uma dieta deficiente em ferro durante o desenvolvimento pós-natal. Foram utilizados 72 ratos machos recém-nascidos (Wistar), sendo que as ratas-lactantes foram mantidas com dieta isocalórica com 35mg/Fe por kg de ração (Grupo ANTS) ou com 4mg/Fe por kg de ração (Grupo DNTS) durante todo o período de lactação e os filhotes receberam a dieta de suas respectivas ratas-lactantes após o desmame (P22-32). Metade dos filhotes de cada grupo foi submetida à TS diária (Grupo ATS e DTS), durante todo o período experimental (P01-32). Foram realizadas análises estrutural e ultraestrutural, em 3 diferentes idades, para avaliar a integridade tecidual e também a fim de determinar se as mudanças observadas na citoarquitetura do nervo óptico foram significativamente diferentes entre os grupos e idades. Verificou-se que os animais mantidos com dieta deficiente em ferro apresentaram baixo peso corporal a partir do desmame, revelando uma curva de crescimento menos acentuada. A baixa concentração de hemoglobina e hematócritos indicam que esses animais sofreram com anemia severa em todos os períodos estudados. A análise ultraestrutural qualitativa mostrou que a deficiência de ferro imposta durante o período crítico do desenvolvimento leva a sérios danos as fibras das células ganglionares da retina, com efeitos sobre o envoltório de mielina que frequentemente apresentou afrouxamento lamelar e em idades mais avançadas foram encontradas degenerações mielínicas e axonais. A análise ultraestrutural quantitativa mostrou que a dieta deficiente em ferro leva a um atraso no processo de mielinização que pode ser parcialmente revertido pelo tratamento com estimulação tátil. Além disso, fica claro que as fibras de menor diâmetro são mais sensíveis às lesões geradas pela deficiência de ferro e também ao tratamento, enquanto que as fibras de maior diâmetro são afetadas de forma desproporcional tanto pela deficiência de ferro quanto pela estimulação tátil. As lesões sugerem que a transmissão dos sinais elétricos pode estar prejudicada, interferindo com as funções normais do sistema visual. / Iron deficiency has a critical impact on maturational mechanisms of the brain and the damage related to neuroanatomical parameters is not satisfactorily reversed after iron replacement. However, emerging evidence suggest that enriched early experience may offer great therapeutic efficacy in cases of nutritional disorders postnatally, since the brain is remarkably responsive to its interaction with the environment. Given the fact that tactile stimulation (TS) treatment has been previously shown to be an effective therapeutic approach and with potential application to humans, here we ask whether exposure to TS treatment, from postnatal day (P) 1 to P32 for 3 min/day, could also be employed to prevent neuroanatomical changes in the optic nerve of rats maintained on an iron-deficient diet during brain development. It was verified that the animals maintained with iron deficient diet presented low weight from the weaning, revealing a lower growth curve. The low concentration of hemoglobin and hematocrits indicate that these animals suffered from severe anemia in all studied periods. The qualitative ultrastructural analysis showed that the iron deficiency imposed during the critical period of development leads to serious damage to the fibers from retinal ganglion cells, with effects on the myelin sheath that frequently presented lamellar loosening and myelin degenerations and axonal at more advanced age. Quantitative ultrastructural analysis has shown that the iron deficient diet leads to a delay in the myelination process that can be partially reversed by treatment with tactile stimulation. In addition, it is clear that the smaller diameter fibers are more sensitive to the iron deficiency and also to the treatment, whereas the larger fibers are disproportionately affected by both iron deficiency and tactile stimulation. The lesions suggest that the transmission of electrical signals may be impaired, interfering with the normal functions of the visual system.

Este trabalho visou desenvolver e integrar técnicas, algoritmos e equipamentos para o auxílio a deficientes visuais em sua familiarização para orientação e mobilidade, permitindo uma maior autonomia de locomoção e, em uma segunda etapa, a leitura de cartazes e sinais. Para tal, foi proposta a substituição sensorial da visão pelo tato, permitindo que imagens sejam capturadas, tratadas digitalmente para detecção de bordas, com simplificação da imagem e diminuição de sua resolução. Estas imagens simplificadas são posteriormente transmitidas ao usuário por meio de eletroestimulação cutânea no abdome. Foi desenvolvido um protótipo de hardware, firmware para comandá-lo e software em um microcomputador para tratar a imagem capturada, além de uma matriz de eletrodos e estimação de distância por ultra-som, para compensar a falta de estereoscopia. Este protótipo foi projetado para ser o mais flexível possível para permitir o teste de diferentes maneiras de estímulo. Foram realizados testes preliminares comprovando a viabilidade do conceito, e um segundo protótipo maior foi então projetado e construído. Este sistema provou ser útil também como equipamento para pesquisas em psicologia experimental, na área de cognição e aprendizagem. / This work intended to develop and integrate techniques, algorithms and equipments to aid visually handicapped people with the familiarization of unknown environments, as involved in orientation and mobility techniques, making locomotion an easier task. In a second phase, it allowed the blind user to receive signals corresponding to signs with letters, allowing them to \"read\" these signs. In order to do that, it was proposed the sensory substitution of vision by touch. Images were captured, processed digitally to be simplified, have their edges detected (contours of objects) and have their resolution reduced. This reduced image was then passed to the user by cutaneous electro-stimulation on the abdomen. A hardware prototype was developed, as well as firmware to control it, software to digitally process the image, a flexible matrix of electrodes, and an ultrasonic distance estimation system, to compensate for the lack of stereoscopy. The system was designed to be as flexible as possible to allow several stimuli tests. Preliminary tests were conducted that proved the feasibility of this concept. A second prototype, larger, was then designed and built. This device proved valuable also as a tool for research in experimental psychology, in cognition and learning.

O principal objetivo deste trabalho foi verificar o efeito do trauma sub-aquático e da estimulação tátil, a longo prazo, no comportamento exploratório de animais submetidos à desnutrição protéica precoce, no teste do labirinto em cruz elevado (LCE). Sabe-se que a desnutrição protéica precoce, além de provocar redução no peso corporal e cerebral, produz alterações estruturais, neuroquímicas e funcionais no Sistema Nervoso Central, levando a alterações no comportamento. Utilizou-se ratos machos provenientes de ninhadas controle (16% de proteína) ou desnutridas (6% de proteína), após o desmame. Os animais receberam ou não estimulação tátil – do nascimento aos 70 dias de idade. No 71º dia, os animais de cada grupo foi submetida ao trauma sub-aquático por 60 segundos, e testada por 5 minutos no LCE. A desnutrição protéica reduziu o peso corporal tanto das ratas-mães quanto dos filhotes. Quando testados no LCE, os animais desnutridos apresentaram-se menos ansiosos e/ou mais impulsivos. A estimulação tátil recuperou parte do peso dos filhotes desnutridos, porém apresentou caráter ansiogênico. O trauma sub-aquático diminuiu a exploração dos braços abertos nos grupos desnutridos. Os dados sugerem que os efeitos da dieta dependem da interação com outros fatores ambientais como a estimulação tátil e o trauma sub-aquático. / Early protein malnutrition, besides reducing body and brain weights, causes structural, neurochemical and functional changes in Central Nervous System, leading to behavioral alterations. The principal aim of the present study was to evaluate the interaction of sub-aquatic trauma and chronic tactile stimulation on the exploratory behavior of malnourished rats, in the elevated plus-maze test (EPM). For this purpose, we used male rats fed by lactating female rats, receiving either 6% (malnourished) or 16% (well-nourished) protein diets. After weaning (21 days), the animals continued to receive the same diets as in the lactating period until 49 days of age, when they all started to receive a regular lab chow diet – period of nutritional recovery for the malnourished rats. Control and malnourished animals were divided in two groups: the first one received tactile stimulation from birth to 70 days of age, while the other group was not stimulated. On day 71st, half of the animals of each group was submitted to the sub-aquatic trauma for 60 seconds and tested for 5 minutes in the EPM, while the others were kept in their cages before the test. Protein malnutrition reduced the body weight of the dams as well as of the pups. When tested in EPM, malnourished animals showed less anxiety and/or more impulsiveness. Tactile stimulation recovered part of the weight of the malnourished animals, although it presented an anxiogenic profile. Sub-aquatic trauma decreased the open arms exploration. These data suggest that the effects of the diet are dependent on the interaction between tactile stimulation and sub-aquatic trauma.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Exposure of rodents to stimuli like neonatal handling, have been described to cause behavioral and physiological benefits in adulthood. On the other hand, exposure to adults to stressful environments can result in emotional and neuropsychiatric pathologies. This study aimed to investigate the possible influence of two forms of neonatal handling as tactile stimulation (TS) and maternal separation (MS) on the emotional status of rats exposed to chronic mils stress (CMS) grouped housing, lights on overnight, damp sawdust and others. Furthermore, we aimed to evaluate if neonatal TS could modify anxiolytic effects observed with a low dose of a benzodiazepine drug in adult rats. In the first study, male Wistar pups were submitted daily to TS or MS, from postnatal day one (PND1) to PND21, for 10 min. Unhandled (UH) animails remained in next without any manipulation. In adulthood (PND67), half the animals of each group were exposed to the CMS for 3 weeks and observed in sucrose preference (SP), elevated plus-maze (EPM) and defensive burying test (DBT), followed by euthanasia for biochemical and hormonal assessments. CMS reduced SP, increased anxiety on EPM and DBT and increased adrenal weight. In addition, some parameters of antioxidant defenses in plasma, hippocampus and cortex were altered with exposure to CMS, whereas an increase in protein oxidation in hippocampus and cortex also were observed. In contrast, both forms of neonatal handling were able to prevent changes in SP, anxiety behavior on DBT and adrenal weight CMS-induced. Furthermore, they also prevented alterations in antioxidant defenses in plasma, hippocampus and cortex and protein oxidation in hippocampus. Only TS prevented CMS-induced anxiety symptoms on EPM and protein oxidation in cortex. Furthermore, TS was associated with lower levels of cortisol than in UH rats before and after CMS exposure. Since TS presented better results, we performed a second experiment only with this neonatal handling. In adulthood, the animals received a single administration of diazepam (DZP) (0.25 mg/kg body weight-i.p.) or vehicle (V) and were submitted to behavioral evaluations. DZP treatment reduced anxiety-like behaviors in EPM and increased exploration in EPM, staircase and open field tasks only in TS group. Considering UH animals, DZP treatment only increased exploration in staircase test. TS animals treated with DZP presented reduced anxiety-like behaviors in many parameters of EPM test, increased exploratory behavior in staircase and open field tasks and less immobility in DBT. The results of this study showed the protective role of neonatal handling, especially TS, which may enhance ability to cope with stressful situations in adulthood and affect the response for benzodiazepine substances during this period. / A exposição de roedores a estímulos como o manuseio neonatal, tem sido descrita por causar alterações comportamentais e fisiológicas benéficas na vida adulta. Já a exposição de animais adultos a ambientes estressantes, pode resultar em prejuízos emocionais e patologias neuro-psiquiátricas. Este estudo objetivou investigar a possível influência de dois tipos de manuseio neonatal, estimulação tátil (ET) e separação materna (SM), sobre o estado emocional de ratos após exposição ao estresse crônico e moderado (ECM) superlotação, distúrbio do ciclo claro/escuro, serragem molhada entre outros. Também objetivamos avaliar se a ET neonatal poderia modificar os efeitos ansiolíticos observados com uma baixa dose de fármaco benzodiazepínico nos animais adultos. No 1º estudo, filhotes machos de ratos Wistar foram submetidos diariamente à ET ou SM desde o dia pós-natal 1 (DPN1) até o DPN21, durante 10 minutos. Os animais não manuseados (NM) permaneceram no ninho sem nenhuma manipulação. Na vida adulta (DPN67), metade dos animais de cada grupo foram expostos ao ECM durante 3 semanas e observados no teste de preferência pela sacarose (PS), labirinto em cruz elevado (LCE) e teste defensivo de cavocar (TDC), seguido de eutanásia para avaliações bioquímicas e hormonais. O ECM reduziu a PS, aumentou a ansiedade no LCE e TDC e aumentou o peso das adrenais. Alguns parâmetros de defesas antioxidants em plasma, hipocampo e córtex foram alterados pela exposição ao ECM, enquanto um aumento da oxidação proteica em hipocampo e córtex também foram observados. Ambas as formas de manuseio neonatal foram capazes de prevenir as mudanças na PS, ansiedade no TDC e peso das adrenais. Também preveniram as alterações nas defesas antioxidants em plasma, hipocampo e córtex e a oxidação proteica no hipocampo. Apenas a ET preveniu a ansiedade induzida pelo ECM no LCE e a oxidação proteica no córtex. Além disso, a ET foi associada aos menores níveis de cortisol comparado aos ratos NM antes e após a exposição ao estresse. Uma vez que a ET apresentou melhores resultados, realizamos um 2º experimento apenas com essa forma de manuseio neonatal. Na vida adulta, os animais receberam uma única administração de diazepam (DZP) (0.25 mg/Kg peso corporal-i.p.) ou veículo (V), e foram submetidos às avaliações comportamentais. O tratamento com DZP reduziu comportamentos de ansiedade no LCE e aumentou a exploração no LCE, no teste da escada e campo aberto apenas no grupo ET. Considerando os animais NM, o tratamento com DZP apenas aumentou a exploração no teste da escada. Os animais do grupo ET tratados com DZP apresentaram menor ansiedade em vários parâmetros do LCE, maior comportamento exploratório no teste da escada e campo aberto e menor imobilidade no TDC. Os resultados do presente estudo demonstraram o papel protetor do manuseio neonatal, especialmente da ET, a qual pode melhorar a habilidade para lidar com situações estressantes na vida adulta e afetar a resposta a substâncias benzodiazepínicas nesse período.