Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo617_1.pdf: 3940920 bytes, checksum: 5e435c9477f9252128574a3c89fff96f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Sistemas sensoriais biológicos usualmente são formados por redes complexas de milhares de neurônios e podem atingir altos níveis de sensibilidade. O ser humano, por exemplo, consegue perceber objetos em uma noite sem luar, apenas sob o brilho das estrelas assim como sob incidência direta da luz do Sol. A diferença entre estas intensidades luminosas chega a 100 dB, o que corresponde a uma razão de 109 entre seus valores. Esta sensibilidade elevada se traduz em uma faixa dinâmica larga. Estudos recentes em física estatística sugerem que faixas dinâmicas largas emergem de sistemas excitáveis como um fenômeno coletivo de vários elementos excitáveis, cujas faixas dinâmicas são pequenas. Este efeito tem possíveis aplicações práticas na construção de sensores de alta sensibilidade a partir de vários elementos iguais de baixa sensibilidade. Este trabalho propõe um circuito eletrônico excitável simples como o elemento básico na construção de um sensor eletrônico de alta sensibilidade. O circuito, composto apenas de um amplificador operacional, um capacitor e resistores, apresenta dinâmica semelhante àquela do modelo neuronal de FitzHugh-Nagumo. Propriedades deste modelo, como a bifurcação de Hopf que leva o sistema a oscilar em um ciclo limite estável, podem ser observadas experimentalmente. Dois modelos dinâmicos bidimensionais são propostos para descrever o circuito a partir dos quais ajustamos os dados experimentais. A não-linearidade do circuito tem origem no amplificador operacional, que se comporta como um circuito comparador e cuja dinâmica é governada por uma função similar à função de Heaviside ou degrau. Em sistemas neuronais, a resposta a um estímulo pode variar de amostra para amostra mesmo que a intensidade do estímulo se mantenha constante. Como fontes dessa variabiliadade podemos citar a aleatoriedade dos vários processos biofísicos que governam a geração de potenciais de ação (spikes) além da própria natureza estocástica dos estímulos (flutuações na concentração de odorante, tomando como exemplo o sistema sensorial olfatório). Procuramos reproduzir estes efeitos no estímulo aplicado ao circuito eletrônico excitável através de um gerador de ruído analógico, cujo princípio de operação é baseado na amplificação do ruído térmico de um diodo Zener na região de breakdown. A intensidade do estímulo é controlada através de uma tensão DC constante, que é adicionada ao ruído. A estatística dos spikes gerados pelo circuito excitável sob este estímulo pode ser modelada por um processo de Poisson homogêneo. Temos, então, um conversor DC-Poisson, ou seja, a intensidade de um sinal constante é convertido em uma taxa de Poisson. Medimos a resposta do circuito excitável ao estímulo DC adicionado de ruído e obtivemos a relação entre a tensão DC e a taxa de Poisson, a partir da qual a faixa dinâmica do circuito excitável é calculada

Esclerose lateral amiotrófica (ELA) é uma doença neurológica progressiva e fatal, caracterizada por perda dos neurônios motores, levando à fraqueza muscular global. As funções sensitivas e mentais são preservadas durante todo o curso da doença. A esclerose lateral amiotrófica tem uma prevalência de 6 por 100.000 pessoas e o início da doença é geralmente entre os 40 a 60 anos de idade. O prognóstico é reservado e em média os pacientes vivem de 3 a 5 anos após o diagnóstico médico. Com a progressão da doença outros sintomas surgem como fraqueza dos membros, comprometimento da fala, aumento da salivação, dificuldades de deglutição, dificuldades para deambular e fadiga muscular. As alterações dos músculos respiratórios levam à falência respiratória, que é a maior causa de óbito nos pacientes com esclerose lateral amiotrófica. Fadiga é definida como a queda da máxima contração isométrica voluntária e falta de tolerância do músculo sob esforço. A máxima contração isométrica voluntária depende de uma cadeia de eventos que se inicia no córtex motor - condutor excitatório dos neurônios motores superior e inferior, e se continua na transmissão pela junção neuromuscular, no acoplamento excitação-contração e na contração da fibra muscular que depende de um suprimento energético metabólico. A fadiga muscular ocorre em pacientes com esclerose lateral amiotrófica prejudicando a função e a qualidade de vida dos pacientes. O objetivo deste trabalho foi: 1) Quantificar a freqüência da fadiga na esclerose lateral amiotrófica; 2) Analisar a evolução da fadiga nos pacientes; 3) Correlacionar a presença da fadiga com fatores como a funcionalidade, a qualidade de vida, a depressão, a dispnéia, e a sonolência, idade e duração da doença em meses. O grupo controle compôs-se de 60 indivíduos (familiares de funcionários do hospital e da equipe multidisciplinar) que não apresentavam história de doenças pregressas. O grupo teste constitui-se de 60 pacientes com diagnóstico de esclerose lateral amiotrófica. O diagnóstico foi realizado por dois neurologistas independentes e baseou-se na presença de história clínica, exame neurológico e estudos neurofisiológicos compatíveis com esclerose lateral amiotrófica, segundo os critérios de El Escorial da Federação Mundial de Neurologia; além disso, houve a investigação complementar por meio de testes hematológicos, bioquímicos, sorológicos, genéticos e radiológicos para excluir outras patologias. Os pacientes dos grupos controle e teste foram entrevistados pela pesquisadora para aplicação de questionários com escalas para verificação da presença de funcionalidade, de qualidade de vida, de depressão, de dispnéia, de sonolência e de fadiga; e os pacientes do grupo teste foram submetidos à avaliação fisioterapêutica no início do estudo e a cada 3 meses, totalizando 12 meses de coletas. O grupo teste apresentou fadiga significantemente maior em relação ao grupo controle, bem como alterações nos questionários de funcionalidade, de qualidade de vida, de depressão, de dispnéia e de sonolência. Percebeu-se que a fadiga foi evolutiva durante os meses de acompanhamento da pesquisa. A fadiga correlacionou-se com a idade, mostrando que os pacientes mais jovens apresentaram maior grau de fadiga que os pacientes mais idosos. Os resultados desta pesquisa sugerem que a fadiga é um dos problemas que afetam os pacientes com ELA; o fato de não ter correlação com outros problemas estudados sugere que a fadiga deve merecer pesquisa e tratamento individualizados no paciente com ELA, principalmente pelo fato de que os resultados sugeriram piora da fadiga no decorrer da evolução da ELA / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive and fatal neurological disease, characterized by loss of the motor neurons, taking to the global muscular weakness. The sensitive and mental functions are preserved during whole the course of the disease. The ALS has a prevalence of 6 for 100.000 people and the beginning of the disease is usually among the 40 to 60 years of age. The prognostic is reserved and on average the patients live from 3 to 5 years after the medical diagnosis. With the progression of the disease other symptoms they appear as weakness of the members, compromising of the speech, increase of the salivation, deglutition difficulties, difficulties to stroll and it fatigues muscular. The alterations of the breathing muscles take to the breathing bankruptcy, that is the largest death cause in the patients with ALS. Fatigue is defined as the fall of the maxim voluntary isometric contraction and lack of tolerance of the muscle under effort. The maxim voluntary isometric contraction depends on a chain of events that begins in the motor cortex - driver excitatory of the neurons motor superior and inferior, and it is continued in the transmission by the junction neuromuscular, in the joining excitement-contraction and in the contraction of the muscular fiber that depends on a metabolic energy supply. The muscular fatigue happens in patients with ALS harming the function and the quality of the patients\' life. The objective of this work was: 1) to quantify the frequency of the fatigue in the ALS; 2) to analyze the evolution of the fatigue in the patients; 3) to correlate the presence of the fatigue with factors as the functionality, the life quality, the depression, the dispnéa, and the sleepiness, age and duration of the disease in months. The group control was composed of 60 individuals (family of employees of the hospital and of the team multidisciplinar) that didn\'t present history of past diseases. The group test is constituted of 60 patients with diagnosis of ALS. The diagnosis was accomplished by two independent neurologists and he/she based on the presence of clinical history, neurological exam and studies compatible neurophisiologycs with ALS, according to the criteria of El Escorial of the World Federation of Neurology; besides, there was the complement investigation through tests and exams to exclude other pathologies. The patients of the groups control and test were interviewed by the researcher for application of questionnaires with scales for verification of the functionality presence, of life quality, of depression, of dispnéa, of sleepiness and of fatigue; and the patients of the group test they were submitted to the evaluation physiotherapy in the beginning of the study and every 3 months, totaling 12 months of collections. The group test presented fatigue larger significantly in relation to the group it controls, as well as alterations in the functionality questionnaires, of life quality, of depression, of dispnéa and of sleepiness. It was noticed that the fatigue was evolutionary during the months of accompaniment of the research. The fatigue was correlated with the age, showing that the youngest patients presented larger degree of fatigue than the most senior patients. The results of this research suggest that the fatigue is one of the problems that affect the patients with ALS; the fact of not having correlation with other studied problems suggests that the fatigue should deserve research and treatment individualized in the patient with ALS, mainly for the fact that the results suggested worsening of the fatigue in elapsing of the evolution of the ALS

A diabetes mellitus (DM) pode levar a distúrbios da motilidade gastrointestinal que podem se tornar clinicamente relevantes em alguns pacientes. Modelos de Dm em roedores indicam anormalidades morfofuncionais do sistema nervoso entérico nessa doença. Neste trabalho, avaliamos se o DM experimental pode levar a alterações na eferência colinérgica excitatória, densidade neuronal e expressão dos canais de sódio voltagemdependente (Nav) no plexo mioentérico do íleo. Hiperglicemia induzida por estreptozotocina em ratas foi desenvolvida durante oito semanas. Experimentos de imunofluorescência de tripla marcação revelaram que a densidade de neurônios por área do íleo no DM foi significativamente reduzida quando comparada ao controle. Foram observadas reduções médias de 52,2% do total de neurônios (p=0,0001); 50,0% dos neurônios colinérgicos (p=0,0068) e 54,8% dos neurônios nitrérgicos (p=0,0042). Também foram observadas reduções significativas de neurônios por área de gânglio (28,2% do total, p=0,0002; 27,7% de colinérgicos, p= 0,0002 e 32,1% de neurônios nitrérgicos, p=0,0016). A densidade de fibras colinérgicas na superfície do músculo longitudinal também foi significativamente reduzida (controle: 41 ± 2, DM: 24 ± 3%; p=0,003), embora a análise western-blot não indicasse redução na expressão de ChAT no DM. grupo. A isoforma Nav1.6 foi detectada em diferentes neurônios mioentéricos e a DM tendeu a mudar o padrão de imunomarcação para neurônios de tamanho maior (297,4 ± 10 vs. 372,5 ± 8,4 µm2), mas esse efeito não foi significativo (p=0,3). Os dados de RT-qPCR não sugeriram uma alteração dos transcritos para ChAT, nNOS, Nav1.3, Nav1.6 ou Nav1.7. Nossos dados confirmam a visão de que o DM crônico leva à redução das fibras colinérgicas excitatórias e da densidade neuronal. No entanto, mudanças no perfil de expressão do canal de sódio, que poderiam levar à disfunção neuronal, não foram detectadas. / Diabetes mellitus (DM) may lead to gastrointestinal motility disorders that may become clinically relevant in some patients. Rodent models of DM indicate morpho-functional abnormalities of the enteric nervous system in this disease. In this work, we have evaluated whether experimental DM can lead to changes in excitatory cholinergic efference, neuronal density and voltage-gate sodium channels (Nav) expression in the myenteric plexus of ileum. Streptozotocin-induced hiperglycemia in female rats was allowed to develop during eight weeks. Triple immunofluorescence labeling experiments revealed that the density of neurons per area of ileum in DM was significantly reduced when compared to the control. It were observed average reductions of 52.2% of total neurons (p=0.0001); 50.0% of cholinergic (p=0.0068) and 54.8% of nitrergic neurons (p=0.0042). Significant reductions of neurons per area of ganglion were also observed (28.2% of total, p=0.0002; 27.7% of cholinergic, p=0,0002 and 32.1% of nitrergic neurons, p=0.0016). The cholinergic fibers density at the surface of longitudinal muscle was also significantly reduced (control: 41 ± 2, DM: 24 ± 3%; p=0.003), although western-blot analysis did not indicate a reduction in the expression of ChAT in DM group. The Nav1.6 isoform was detected in different myenteric neurons and DM tended to shift the immunolabeling pattern towards neurons of bigger size (297.4 ± 10 vs. 372.5 ± 8.4 m2), but this effect was not significant (p=0.3). RT-qPCR data did not suggest an alteration of transcripts for ChAT, nNOS, Nav1.3, Nav1.6 or Nav1.7. Our data support the view that chronic DM leads to reduction in excitatory cholinergic fibers and neuronal density. However, changes in sodium channel expression profiling, which could lead to neuronal dysfunction, were not detected. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais

Esclerose lateral amiotrófica (ELA) é uma doença neurológica progressiva e fatal, caracterizada por perda dos neurônios motores, levando à fraqueza muscular global. As funções sensitivas e mentais são preservadas durante todo o curso da doença. A esclerose lateral amiotrófica tem uma prevalência de 6 por 100.000 pessoas e o início da doença é geralmente entre os 40 a 60 anos de idade. O prognóstico é reservado e em média os pacientes vivem de 3 a 5 anos após o diagnóstico médico. Com a progressão da doença outros sintomas surgem como fraqueza dos membros, comprometimento da fala, aumento da salivação, dificuldades de deglutição, dificuldades para deambular e fadiga muscular. As alterações dos músculos respiratórios levam à falência respiratória, que é a maior causa de óbito nos pacientes com esclerose lateral amiotrófica. Fadiga é definida como a queda da máxima contração isométrica voluntária e falta de tolerância do músculo sob esforço. A máxima contração isométrica voluntária depende de uma cadeia de eventos que se inicia no córtex motor - condutor excitatório dos neurônios motores superior e inferior, e se continua na transmissão pela junção neuromuscular, no acoplamento excitação-contração e na contração da fibra muscular que depende de um suprimento energético metabólico. A fadiga muscular ocorre em pacientes com esclerose lateral amiotrófica prejudicando a função e a qualidade de vida dos pacientes. O objetivo deste trabalho foi: 1) Quantificar a freqüência da fadiga na esclerose lateral amiotrófica; 2) Analisar a evolução da fadiga nos pacientes; 3) Correlacionar a presença da fadiga com fatores como a funcionalidade, a qualidade de vida, a depressão, a dispnéia, e a sonolência, idade e duração da doença em meses. O grupo controle compôs-se de 60 indivíduos (familiares de funcionários do hospital e da equipe multidisciplinar) que não apresentavam história de doenças pregressas. O grupo teste constitui-se de 60 pacientes com diagnóstico de esclerose lateral amiotrófica. O diagnóstico foi realizado por dois neurologistas independentes e baseou-se na presença de história clínica, exame neurológico e estudos neurofisiológicos compatíveis com esclerose lateral amiotrófica, segundo os critérios de El Escorial da Federação Mundial de Neurologia; além disso, houve a investigação complementar por meio de testes hematológicos, bioquímicos, sorológicos, genéticos e radiológicos para excluir outras patologias. Os pacientes dos grupos controle e teste foram entrevistados pela pesquisadora para aplicação de questionários com escalas para verificação da presença de funcionalidade, de qualidade de vida, de depressão, de dispnéia, de sonolência e de fadiga; e os pacientes do grupo teste foram submetidos à avaliação fisioterapêutica no início do estudo e a cada 3 meses, totalizando 12 meses de coletas. O grupo teste apresentou fadiga significantemente maior em relação ao grupo controle, bem como alterações nos questionários de funcionalidade, de qualidade de vida, de depressão, de dispnéia e de sonolência. Percebeu-se que a fadiga foi evolutiva durante os meses de acompanhamento da pesquisa. A fadiga correlacionou-se com a idade, mostrando que os pacientes mais jovens apresentaram maior grau de fadiga que os pacientes mais idosos. Os resultados desta pesquisa sugerem que a fadiga é um dos problemas que afetam os pacientes com ELA; o fato de não ter correlação com outros problemas estudados sugere que a fadiga deve merecer pesquisa e tratamento individualizados no paciente com ELA, principalmente pelo fato de que os resultados sugeriram piora da fadiga no decorrer da evolução da ELA / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive and fatal neurological disease, characterized by loss of the motor neurons, taking to the global muscular weakness. The sensitive and mental functions are preserved during whole the course of the disease. The ALS has a prevalence of 6 for 100.000 people and the beginning of the disease is usually among the 40 to 60 years of age. The prognostic is reserved and on average the patients live from 3 to 5 years after the medical diagnosis. With the progression of the disease other symptoms they appear as weakness of the members, compromising of the speech, increase of the salivation, deglutition difficulties, difficulties to stroll and it fatigues muscular. The alterations of the breathing muscles take to the breathing bankruptcy, that is the largest death cause in the patients with ALS. Fatigue is defined as the fall of the maxim voluntary isometric contraction and lack of tolerance of the muscle under effort. The maxim voluntary isometric contraction depends on a chain of events that begins in the motor cortex - driver excitatory of the neurons motor superior and inferior, and it is continued in the transmission by the junction neuromuscular, in the joining excitement-contraction and in the contraction of the muscular fiber that depends on a metabolic energy supply. The muscular fatigue happens in patients with ALS harming the function and the quality of the patients\' life. The objective of this work was: 1) to quantify the frequency of the fatigue in the ALS; 2) to analyze the evolution of the fatigue in the patients; 3) to correlate the presence of the fatigue with factors as the functionality, the life quality, the depression, the dispnéa, and the sleepiness, age and duration of the disease in months. The group control was composed of 60 individuals (family of employees of the hospital and of the team multidisciplinar) that didn\'t present history of past diseases. The group test is constituted of 60 patients with diagnosis of ALS. The diagnosis was accomplished by two independent neurologists and he/she based on the presence of clinical history, neurological exam and studies compatible neurophisiologycs with ALS, according to the criteria of El Escorial of the World Federation of Neurology; besides, there was the complement investigation through tests and exams to exclude other pathologies. The patients of the groups control and test were interviewed by the researcher for application of questionnaires with scales for verification of the functionality presence, of life quality, of depression, of dispnéa, of sleepiness and of fatigue; and the patients of the group test they were submitted to the evaluation physiotherapy in the beginning of the study and every 3 months, totaling 12 months of collections. The group test presented fatigue larger significantly in relation to the group it controls, as well as alterations in the functionality questionnaires, of life quality, of depression, of dispnéa and of sleepiness. It was noticed that the fatigue was evolutionary during the months of accompaniment of the research. The fatigue was correlated with the age, showing that the youngest patients presented larger degree of fatigue than the most senior patients. The results of this research suggest that the fatigue is one of the problems that affect the patients with ALS; the fact of not having correlation with other studied problems suggests that the fatigue should deserve research and treatment individualized in the patient with ALS, mainly for the fact that the results suggested worsening of the fatigue in elapsing of the evolution of the ALS

Os neurônios do grupamento catecolaminérgico C1, localizados na porção ventrolateral do bulbo, são classicamente conhecidos por seu envolvimento no controle cardiovascular. O modelo atual propõe que os neurônios C1 são recrutados em situações que ofereçam risco de vida aos indivíduos, desencadeando respostas generalizadas e estereotipadas em defesa da homeostase. Tais respostas envolvem ajustes cardiovasculares, imunológicos, neuroendócrinos, metabólicos, termorregulatórios e respiratórios. Ferramentas anatômicas e funcionais foram utilizadas para investigar se os neurônios C1 contribuem para os ajustes respiratórios induzidos pela hipóxia e pela hipercpania. Os resultados mostram que os neurônios C1 contribuem para a aumento da ventilação induzido pela hipóxia, mas não pela hiperpania, via aumento da frequência da respiratória. Além disso, demonstramos que o aumento da frequência respiratória promovido pela ativação do grupamento C1 depende da ativação de receptores glutamatérgicos, mas não adrenérgicos, localizados na região do complexo pré-Bötzinger. / The catecholaminergic C1 neurons, located in the rostral ventrolateral portion of the medulla, are classically known by their involvement in the cardiovascular control. Recent models suggest that C1 neurons are recruited in situations of life risk, triggering generalized and stereotyped responses to homeostasis. Such responses involve cardiovascular, immunologic, neuroendocrine, metabolic, thermoregulatory and respiratory adjustments. Thus, anatomic and functional tools were used to assess the contribution of C1 neurons to the respiratory adjustments induced by hypoxia and hypercapnia. The results show that these neurons contribute to the increase of ventilation induced by hypoxia, but not by hypercapnia, via an increase of the breathing frequency. Moreover, we demonstrated that increase of breathing frequency promoted by the activation of C1 neurons depend on the activation of glutamatergic receptors, but not adrenergic, located in the pre-Bötzinge complex.

A precisão de uma ação motora depende de vários fatores, como: 1) grau de variabilidade da força gerada por cada músculo envolvido, 2) velocidade de geração da força, 3) coordenação das ativações dos músculos. A geração e o controle da força muscular possuem mecanismos que ainda precisam ser mais bem estabelecidos, tanto para o aprimoramento das teorias de controle motor, quanto para o desenvolvimento de técnicas que permitam a prevenção ou a compensação de certas deficiências. A perda de desempenho motor pode ser decorrente de doenças que afetam o sistema neuromuscular ou de alterações associadas ao envelhecimento. Sabe-se, por exemplo, que idosos podem possuir maior variabilidade e menor velocidade de desenvolvimento da força, quando comparados com jovens. Uma das formas de se entender os mecanismos responsáveis pelos fenômenos observados em experimentos neurofisiológicos, em indivíduos saudáveis, em pacientes ou em idosos, é por meio de uma representação adequada de tais mecanismos em modelos matemáticos. Tais modelos podem, pela escolha de um conjunto de parâmetros e de sinais de entrada, ser simulados, explorando-se toda gama de cenários plausíveis para a geração de um determinado fenômeno, tendo como referência os dados obtidos experimentalmente. Resumidamente, o presente trabalho trata do estudo do sistema neuromuscular por modelagem matemática e simulação computacional, com particular interesse nos músculos do tríceps sural e no primeiro interósseo dorsal (um músculo intrínseco da mão), sendo estes músculos amplamente utilizados em estudos experimentais e de modelagem. Maior enfoque é dado em contrações isométricas (i.e., ângulo articular mantido fixo), avaliando-se a organização do núcleo motor, em termos anatômicos e fisiológicos, recebendo como entrada a atividade sináptica das vias pré-motoneuronais, e estudando como diferentes arranjos das propriedades neurais podem resultar em características encontradas experimentalmente para a força muscular. Inicialmente foi feita uma ampla expansão de um simulador existente (ReMoto), tanto em aspectos de modelagem quanto de interface. Em seguida, este modelo expandido foi empregado para um estudo da influência do grau de rigidez muscular nas respostas reflexas do tornozelo. Posteriormente, um novo modelo de pool de motoneurônios, com ampla representação de características biofísicas, foi desenvolvido e, por fim, este modelo foi utilizado, em conjunto com modelos de tratos descendentes e da geração de força muscular, para representar a geração de forças isométricas em jovens e idosos. / The precision of a motor action depends on several factors such as: 1) the level of force variability of each involved muscle, 2) the rate of force development, 3) the coordination of the activations of the muscles involved. Several mechanisms underlying the force generation in a muscle and its control by the nervous system remain to be fully comprehended. An appropriate description of these mechanisms would allow an improvement in motor control theories and could contribute to the development of techniques for the prevention or compensation of some disabilities. Losses in motor performance may be caused by diseases affecting the neuromuscular system or due to aging processes. For instance, old adults may exhibit higher force variability and lower velocity of force development than young adults. Proper representations of such mechanisms in mathematical models constitute a promising way to test hypotheses raised by neurophysiological experiments to explain an observed phenomenon. These models can be used to investigate aspects of health/disease or young/old subjects and, by varying their parameter sets, it is possible to explore a broad range of plausible scenarios under which the experimentally observed phenomena are replicated. This project deals with the study of the neuromuscular system by mathematical modeling and computer simulations, applied to the triceps surae and the first dorsal interosseus (two of the most experimentally and theoretically studied muscles). The principal focus is on isometric contractions (i.e., fixed joint angle) and the study of the organization of the motor nucleus (anatomical and physiological aspects) receiving inputs from premotoneuronal pathways. The study analyzes how different patterns of organization result in experimentally observed aspects of muscle force. Initially, an existing simulator of the neuromuscular system (ReMoto) was broadly extended to include new models and a friendly interface. The extended model was used to investigate the influence of muscle stiffness on the reflex responses in the ankle joint. Next, a new motoneuron pool mathematical model was developed based on known biophysics. Finally, this model was integrated with models of pre-motoneuronal neurons estabilishing synapses with motoneurons and of muscle force generation in order to represent isometric force generation in young and old adults.

A neuropatia autonômica que se manifesta em animais portadores de diabetes mellitus (DM) compromete vários órgãos. A nível gastrointestinal pode acarretar diarréia, constipação, estase e dilatação gástrica, levando a anorexia, perda de peso e vômito. Embora os mecanismos que desencadeiam esses distúrbios não estejam totalmente esclarecidos, parece que alterações do plexo mioentérico estão envolvidas. O estresse oxidativo juntamente com o aumento do sorbitol resultante das alterações metabólicas presentes no DM resultam em edema e lesão neuronal e, entre as conseqüências desta lesão, tem sido descrita alterações nos neurônios mioentéricos. O ácido ascórbico (AA) além da ação antioxidante pode reduzir a concentração de sorbitol atuando, desse modo, como neuroprotetor. O presente trabalho teve como objetivos investigar possíveis alterações no número e no tamanho dos neurônios mioentéricos NADH-diaforase reativos (NADH-dr) do estômago de ratos diabéticos e o efeito da suplementação com AA (1g/L de água) nos referidos parâmetros. Para tanto, 15 ratos (Rattus norvegicus) foram separados em três grupos (n = 5): controle (C); diabético (D); e diabético suplementado com AA (DS). O DM foi induzido por estreptozootocina (35 mg/kg de peso corporal). Após 120 dias de experimento, os animais foram anestesiados, sacrificados e seus estômagos retirados. Os neurônios mioentéricos foram evidenciados pelo método da NADH-diaforase. Por meio de microscópio de luz foram contados os neurônios NADH-dr e, pelo programa computadorizado para análise de imagens, foi mensurado o perfil do corpo celular (PCC) desses neurônios. As regiões aglandular e glandular do estômago foram analisadas separadamente. O número de neurônios NADH-dr foi maior (P<0,05) na região glandular do grupo DS quando comparado com o grupo D. A média dos PCCs foi maior (P<0,05) para os neurônios dos grupos D e DS do que para o grupo C. Ocorreu aumento na incidência de neurônios com PCC superior a 200 &micro;m2 no grupo D quando comparada aos grupos DS e C. Os resultados sugerem que a suplementação com AA teve efeito neuroprotetor sobre os neurônios mioentéricos NADH-dr representado pelo aumento no número de neurônios e diminuição de neurônios grandes na região glandular do grupo DS. / The autonomous neuropathy present in animals with diabetes mellitus (DM) compromises several organic systems. On the gastrointestinal tract it may provoke diarrhea, constipation, estase and gastric dilation, leading to anorexia, weight loss and vomit. Although the triggering mechanisms of these disturbances are not completely clear, it seems that alterations of the myenteric plexus may be involved. The oxidizing stress - together with the sorbitol increase resulting from the metabolic alterations due to dm - results in an edema and in a neuronal lesion. Among the consequences of this lesion, alterations in the myenteric neurons have been described. The ascorbic acid (AA), besides its antioxidant effect, may also reduce the sorbitol concentration working as a neuroprotector. The aims of the present work were to investigate the possible alterations in the number and size of nadh-dr stained myenteric neurons of the stomach of diabetic rats and the effect of the aa-supplementation (1g/l of water). In order to do so, 15 rats (rattus norvegicus) were divided into three groups (n = 5): controls (C); diabetic (D); and diabetic supplemented with AA (DS). DM was induced by streptozotocin (35 mg/kg of body weight). 120 days later, the animals were sacrificed for obtaining their stomachs. The myentric neurons were stained employing the nadh-diaforase method. We counted the nadh-dr neurons employing the light microscope and we measured the cellular body profile (CBP) using an image analysis software. The aglandular and glandular areas of the stomach were analyzed separately. The number of neurons nadh-dr was larger (p <0,05) in the glandular area of group ds when compared to group d. The average of cbps was larger (p <0,05) for neurons of groups d and ds than for group c. There was an increase in the incidence of neurons with cbps over 200 mm2 in group D when compared to groups DS and C. The results suggest that the AA supplementation had a neuroprotetor effect on the nadh-dr myenteric neurons represented by the increase in the number of neurons and the decrease of big neurons in the glandular area of group DS.

Redes neurais atratoras são redes de neurônios artificiais com realimentacão e sem estrutura de conexão pré-definida. Estes tipos de redes apresentam uma rica dinâmica dissipativa e são freqüentemente utilizadas como memórias associativas. Tais dispositivos tem a propriedade de recuperar uma memória previamente armazenada, mesmo quando expostos a informação parcial ou degradada daquela memória. Armazenar uma memória significa criar um atrator para ela na dinâmica da rede e isto e feito especificando-se adequadamente os pesos sinápticos. Nesta tese, nos concentramos basicamente em duas maneiras de se definir os pesos sinapticos, que dão origem ao modelo da pseudo-inversa e ao modelo dos pesos ótimos. Para redes neurais extremamente diluídas, onde a conectividade C e o número de neurônios N satisfazem à condição C&#171 In N obtivemos os diagramas de fase no espaço completo de parâmetros dos modelos da pseudo-inversa e dos pesos ótimos através da analise da dinâmica da correlação de recuperação dos padrões armazenados. Alem disso, investigamos as propriedades de recuperação de redes neurais completamente conectadas através de duas abordagens: a investigação analítica da vizinhança dos padrões armazenados e a enumeração exaustiva dos atratores por meio de simulações numéricas. Finalmente. estudamos analiticamente o problema da categorizarão no modelo da pseudo-inversa. A categorizar;ao em redes neurais atratoras e a capacidade da rede treinada com exemplos de um conceito desenvolver um atrator para este conceito. / Attractor neural networks are feedback neural networks with no pre-defined connection structure. These types of neural networks present a rich dissipative dynamics and, in general, are used as associative memory devices. Such devices have the capacity to retrieve a previously stored memory, even when exposed to partial or degraded information. To store a memory means to create an attractor for it in the network dynamics, and this is done by specifying the set of synaptic weighs. In this thesis, we concentrate on two classical ways of specifying the synaptics weighs: the pseudo-inverse and the optimal weighs models. For extremely diluted neural networks, for which the connectivity C and the number of neurons N satisfy the condition C &#171 In N, we obtain the phase diagrams in the complete space of the model parameters through the analytical study of the retrieval overlap dynamics. We also investigate the retrieval properties of fully connected neural networks using two approaches: the analytical study of the neighborhood of the stored patterns, and the exhaustive enumeration of the attractors via numerical simulations. Finally, we study analytically the problem of categorization in the pseudo-inverse model. Categorization in attractor neural networks is the capacity to create an attractor for a concept to which the network has had access only through a finite number of examples.

Atualmente observa-se que a proporção de pessoas com 60 anos ou mais está crescendo mais rápido do que a de outras faixas etárias. Um dos resultados desta transição epidemiológica é o aumento das doenças cujo fator de risco é o envelhecimento, entre elas, a doença de Parkinson. Embora muitas regiões exibam os sinais neuropatológicos da doença de Parkinson, a degeneração dos neurônios, contendo neuromelanina, da substância negra é considerada como sendo uma característica importante, representando o critério cardinal para o diagnóstico. No entanto, ainda não está claro por que certas regiões do cérebro, como a substância negra, são vulneráveis em algumas doenças neurodegenerativas e alguns neurônios vizinhos, às vezes morfologicamente indistinguíveis, permanecem preservados. Análises moleculares de populações de neurônios podem conduzir a uma melhor compreensão sobre a fisiologia dos mesmos, bem como os mecanismos envolvidos nos processos de doença. Na era pós genômica, realizar análises proteômicas são de grande interesse científico, pois permitem avanços no conhecimento dos processos biológicos. A técnica de microdissecção e captura a laser tem sido uma ferramenta importante e cada vez mais utilizada para aquisição de populações puras de células a partir de secções histológicas, evitando que áreas não pertencentes ao tecido alvo sejam dissecadas. A união destes métodos pode contribuir de maneira relevante para o entendimento fisiopatológico dos neurônios contendo neuromelanina da substância negra. No entanto, para que a microdissecção e captura a laser e as análises proteômicas sejam eficazes, é imprescindível a aplicação de um protocolo bem estruturado. Dentro desse contexto, o presente trabalho tem como objetivo criar um protocolo de microdissecção a laser de neurônios contendo neuromelanina em indivíduos cognitivamente normais, para subsequente análise proteômica. Os casos utilizados neste estudo são provenientes do Banco de Encéfalos Humanos do Grupo de Estudos em Envelhecimento Cerebral. Para o desenvolvimento da nossa proposta, contamos com a colaboração do Centro de Proteômica Médica da Universidade de Bochum, Alemanha. O protocolo foi desenvolvido baseado em outros previamente descritos na literatura e otimizado de acordo com objetivos pretendidos. Analisamos o plano anatômico de amostragem do tecido, o método de congelamento, a espessura do corte para a microdissecção, a solução utilizada para a coleta do tecido durante a microdissecção e o método de digestão proteolítica para posteriores análises proteômicas. Através de ensaios comparativos, alcançamos os resultados desejados e os mesmos foram validados através de análises por espectrometria de massas. Consequentemente, também fomos capazes de reconhecer fatores técnicos que possivelmente impossibilitariam um efetivo estudo do proteoma / Currently the worldwide proportion of people aged 60 years and over is growing faster than any other age group. This strikingly epidemiological transition results in an increase of aging related diseases, including Parkinson\'s disease (PD). Although many brain areas exhibit the neuropathological signs of Parkinson\'s disease, the degeneration of neuromelanin containing cells in the substantia nigra is considered a hallmark feature, representing cardinal diagnostic criteria for PD. However, why certain brain regions -- such as the substantia nigra -- are vulnerable in some neurodegenerative diseases, while some neighboring morphologically indistinguishable neurons remain preserved, is still unclear. Molecular analysis of specific neuronal populations can lead us to a better understanding about the physiological role played by these neurons and mechanisms involved in disease\'s processes. In a post-genomic era, proteomic analyses are of great scientific interest since they allow a better understanding of the biological processes. The laser capture microdissection technique has also became an important tool in biological research, being increasingly used for acquisition of pure populations of cells from histological sections, preventing the dissection of areas outside the target tissue. The combination of these methods can significantly contribute to understand the pathophysiological role of the containing neuromelanin neurons of the substantia nigra. However, for an effective application of both techniques, laser capture microdissection and proteomic analysis, it is essential the application of an efficient protocol. In this context, this study aims to establish a protocol for laser microdissection of containing neuromelanin neurons in cognitively normal individuals for subsequent proteomic analyses. We selected cases from the Brain Bank of the Brazilian Aging Brain Study. A collaboration with the Medical Proteome Center, University of Bochum, Germany took part during the development of our proposal. Our protocol was developed based on previous published protocols and optimized according the intended aims. We analyzed anatomical planes for neuronal collection, freezing methods, thickness of tissue for microdissection sections, solution for tissue collection during laser microdissection and the proteolytic digestion methods. Through our comparative tests, we have achieved the desired results and validated them by mass spectrometry analyses. Consequently, we were also able to exclude technical factors that could possibly preclude one effective proteome analysis

A Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA) é uma doença neurodegenerativa de caráter progressivo caracterizada pela morte seletiva de neurônios motores que leva rapidamente os pacientes à morte. O camundongo transgênico que expressa a superóxido dismutase 1 humana mutante é o modelo experimental mais aceito para o estudo da doença. Os mecanismos que levam a perda neuronal ainda são pouco conhecidos e não existe tratamento eficaz para prolongar a vida do indivíduo. Estudos recentes indicam que as células gliais aceleram o processo neurodegenerativo, entretanto os mecanismos moleculares ainda não estão estabelecidos. Os astrócitos merecem uma atenção particular, pois apresentam íntima interação com os neurônios, fornecendo suporte estrutural, metabólico e trófico. Além disso, participam ativamente da modulação excitatória neuronal e da neurotransmissão, controlando os níveis extracelulares de íons e neurotransmissores. O presente estudo propôs investigar in vitro os possíveis dos astrócitos extraídos da medula espinal do camundongo de idade neonatal (P1) e adulta pré-sintomática (P60) sobre a morte de neurônios motores na ELA. Para isso, o trofismo e sobrevida do neurônio motor espinal foram avaliados nas culturas de neurônios motores tratados com meio condicionado de astrócitos e também em sistemas de co-culturas neurônios motores/astrócitos, de origem SOD1G93A (transgênica) e selvagem (wild type) em diferentes combinações. Investigou-se ainda, a expressão gênica de genes nos astrócitos nas culturas P1 e P60 realizadas através do PCR quantitativo (qPCR) e a quantificação de moléculas secretadas pelos astrócitos por ELISA Sanduíche. Para o estudo do trofismo e degeneração neuronal, as células foram marcadas com marcadores específicos de morte neuronal e o trofismo dos neurônios também foi quantificado por contraste de fase. As células foram quantificadas por métodos estereológicos específicos e as análises mostraram que o tratamento com meio condicionado de astrócitos transgênicos P1 e P60 causaram respectivamente retrações nos prolongamentos e morte dos neurônios transgênicos. As análises da morte neuronal dos meios condicionados e co-cultura mostraram que os astrócitos transgênicos de ambas as idades causaram a morte de neurônios wild type e apenas os astrócitos transgênicos P60 levaram os maiores perfis de morte nos neurônios transgênicos, demonstrando a toxidade dessas células. Quanto à análise da expressão gênica, os genes NKRF, UBE2I e TGFA mostraram-se diferencialmente expressos nos astrócitos transgênicos P1 e os genes HIPK3, TGFA e NTF5 diferencialmente expressos nos astrócitos transgênicos P60. Nas análises das moléculas secretadas nos meios condicionados maior quantidade de NGF foi encontrada no meio dos astrócitos transgênicos P60 comparando-se aos astrócitos wild type. A quantidade de IGF-I diminuiu no meio condicionado da cultura de astrócitos transgênicos P60 comparando-se aos astrócitos wild type E ainda, há a diminuição autócrina de TNF-? e IL-6 nos astrócitos transgênicos P60. Os astrócitos transgênicos parecem promover a toxicidade ao neurônio motor na ELA e moléculas liberadas pelos astrócitos parecem estar envolvidas no processo de desenvolvimento da ELA / Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by selective motor neurons death that readly leads patients to death. Transgenic mice expressing human mutant superoxide dismutase 1 (hSOD1) is the most accepted experimental model for the disease studying. The mechanisms that lead to neuronal loss are still poorly understood and there is no effective treatment able to prolong the pacient\'s life. Recent studies indicate that glial cells accelerate the neurodegenerative process, but the molecular mechanisms are not yet established. Astrocytes deserve particular attention, since they have close interaction with neurons, providing structural, metabolic and trophic support. In addition, they also participate actively in the neuronal excitatory modulation and in neuronal transmission, controlling ions and neurotransmitters at extracellular levels. The present study aimed to investigate the possible in vitro effects in astrocytes on the motor neurons death in ALS from newborn (P1) and adult pre symptomatic (P60) spinal cord mice. Thus, we evaluated spinal motor neuron survival and trophism in cultures treated with astrocytes conditioned medium and also in co-culture neuron/astrocyte systems of SOD1G93A (transgenic) and wild type in different cells combinations. Still, we investigated genes expression related to P1 and P60 astrocytes cultures performed by quantitative PCR (qPCR) and the molecules secreted by astrocytes were quantified by Sandwich ELISA. For the neuronal degeneration and trophism study, cells were immunostained with specific markers and neurouns were also visualized by phase contrast. These cells were quantified by stereological method and their analysis showed that treatment with transgenic P1 and P60 astrocytes conditioned medium cause length retractions and death on transgenic motor neuron. But, the neuronal death on conditioned medium and co-cultures experiments showed that transgenic P1 and P60 astrocytes caused wild type neuronal death and only transgenic P60 astrocytes led transgenic neurons death, demonstrating major toxicity of transgenic astrocytes. For the gene expression analysis NKRF, UBE2I and TGFa genes showed differentially expressed in transgenic P1 astrocytes and HIPK3, TGFa and NTF5 genes showed differentially expressed in transgenic P60 astrocytes. The analizes of molecules secreted by conditioned media a larger amount of NGF was found in transgenic P60 astrocytes comparing to wild type astrocytes. The amount of IGF-I in the conditioned medium was reduced in astrocytes transgenic P60 cultures compared to the wild type astrocytes Also, there is a reduction autocrine of TNF-? and IL-6 on transgenic astrocytes P60. The transgenic astrocytes seem to promote motor neuron toxicity in ALS and molecules released by astrocytes appear to be involved in the ALS development