Made available in DSpace on 2014-12-17T15:36:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HindiaelAB_TESE.pdf: 3415388 bytes, checksum: d9664bb45093eee642d43a4ac9712227 (MD5) Previous issue date: 2013-08-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The processing of spatial and episodic information during memory tasks depends on hippocampal theta oscillations. In the present study, I investigated the relationship between theta power and choice selection during spatial decision-making. I recorded local field potentials from the CA1 region of rats retrieving reward locations in a 4-arm maze. In trained but not in na?ve animals, I observed a significant increase in theta power during decision-making, which could not be explained by changes in locomotion speed. Furthermore, a Bayesian decoder based on theta power predicted choice outcomes in speed-matched trials. The decoding time course revealed that performance increased above chance before the decision moment exclusively for theta power, remaining flat for other frequency bands. These results occurred for trained animals, but no significant prediction could be made for na?ve animals. Altogether, the data support a mnemonic function of theta rhythm during spatial decision-making, indicating that these oscillations correlate with the retrieval of memories required for successful decisions / O hipocampo ? uma estrutura essencial para o processamento de mem?rias espaciais e epis?dicas. Evid?ncias recentes t?m sugerido que aumentos de amplitude nas oscila??es Teta (5-12 Hz) refletem a participa??o do hipocampo na execu??o de tarefas de tomada de decis?o. Com o objetivo de investigar a fun??o da oscila??o Teta hipocampal em processos de decis?o espacial, registrei o potencial de campo da regi?o CA1 dorsal do hipocampo do rato durante a execu??o de uma tarefa de escolha em labirinto radial de quatro bra?os. Observei que animais treinados apresentam aumento significativo das oscila??es Teta durante a decis?o, diferentemente de animais n?o treinados. Os resultados mostram que o aumento da pot?ncia de Teta durante a decis?o est? relacionado ao desempenho dos animais na tarefa, e sugerem que o ritmo Teta hipocampal reflete a evoca??o de mem?rias associada ? decis?o. Al?m disso, a pot?ncia de Teta foi significativamente maior durante decis?es corretas que nas decis?es incorretas. Esses resultados n?o est?o associados a diferen?as de atividade locomotora. Finalmente, verifiquei que ? poss?vel utilizar a pot?ncia das oscila??es Teta para predizer decis?es corretas e incorretas em cada tentativa. Em conjunto, os resultados apoiam uma fun??o mnem?nica das oscila??es Teta em tarefas de tomada de decis?o espacial

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-03-10T21:38:11Z No. of bitstreams: 1 BryanDaCostaSouza_DISSERT.pdf: 4719044 bytes, checksum: 0f6079a62146ca8bda3028f6b52ae503 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-03-17T22:42:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 BryanDaCostaSouza_DISSERT.pdf: 4719044 bytes, checksum: 0f6079a62146ca8bda3028f6b52ae503 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-17T22:42:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BryanDaCostaSouza_DISSERT.pdf: 4719044 bytes, checksum: 0f6079a62146ca8bda3028f6b52ae503 (MD5) Previous issue date: 2015-03-13 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / As principais vias aferentes ao hipocampo v?m do c?rtex entorrinal e fazem parte de um loop que retorna ao entorrinal ap?s passar pelo giro denteado, e pelas subareas do hipocampo CA3 e CA1. Desde a descoberta nos anos 50 de que o hipocampo est? envolvido na forma??o de mem?rias, esta regi?o vem sendo extensivamente estudada. Al?m desta fun??o mnem?nica, o hipocampo tamb?m est? associado a navega??o espacial. Em camundongos e ratos, c?lulas de lugar exibem um aumento da taxa de disparo relacionado ? posi??o do animal. O local do ambiente onde uma determinada c?lula de lugar se ativa ? chamado de campo de lugar. A taxa de disparo das c?lulas de lugar ? m?xima quando o animal est? no centro do campo de lugar, e diminui a medida que ele se afasta desse ponto, sugerindo a exist?ncia de uma codifica??o espacial baseada em taxa de disparos. Entretanto, pesquisas pr?vias v?m mostrando a exist?ncia de oscila??es hipocampais em m?ltiplas frequ?ncias e ligadas a diferentes estados comportamentais, e muitos acreditam que estas oscila??es s?o importantes para uma codifica??o temporal. Em particular, oscila??es teta (5-12 Hz) possuem uma rela??o espa?o-temporal com as c?lulas de lugar conhecida como precess?o de fase. Na precess?o, a fase de disparos da c?lula de lugar muda gradualmente do pico de teta para o fundo e, posteriormente, para a fase ascendente, a medida que o animal atravessa o campo de lugar. Al?m disso, as teorias vigentes sugerem que CA1, a porta de sa?da do hipocampo, intermediaria a comunica??o com o c?rtex entorrinal e CA3 atrav?s de oscila??es em diferentes frequ?ncias chamadas, respectivamente, de gama alto (60-100 Hz; HG) e gama baixo (30-60 Hz; LG). Essas oscila??es se relacionam com teta, estando aninhadas dentro de cada ciclo desta frequ?ncia mais lenta. Nesta disserta??o, utilizamos dados disponibilizados online para fazer an?lises computacionais visando reproduzir resultados cl?ssicos e recentes acerca da atividade das c?lulas de lugar no hipocampo de ratos em livre movimento. Em particular, n?s revisitamos o debate sobre a rela??o da precess?o de fase com varia??es na taxa de disparos e na posi??o do animal no campo de lugar. Conclu?mos que este fen?meno n?o pode ser explicado por nenhuma dessas vari?veis sozinha, e sim pela intera??o entre elas. N?s tamb?m realizamos novas an?lises investigando as propriedades das c?lulas de lugar em rela??o ?s oscila??es. N?s mostramos que o n?vel de modula??o dos disparos por teta afeta apenas levemente a informa??o espacial contida nas c?lulas de lugar, enquanto a fase de disparo m?dia n?o tem nenhuma influ?ncia na informa??o espacial. Tamb?m encontramos que as c?lulas de lugar est?o moduladas por teta quando disparam fora do campo de lugar. Al?m disso, nossos resultados mostram que o disparo das c?lulas de lugar dentro do ciclo de teta segue os padr?es de modula??o de HG e LG por teta presentes nos potenciais de campo local de CA1 e c?rtex entorrinal. Por ?ltimo, achamos um acoplamento fase-amplitude em CA1 associado apenas aos disparos dentro do campo de lugar na faixa de 40-80 Hz. Conclu?mos que o disparo de c?lulas de lugar est? ligado a estados de rede refletidos no potencial de campo local e sugerimos que a atividade dessas c?lulas sejam interpretadas como um estado din?mico ao inv?s de uma propriedade fixa da c?lula. / The main inputs to the hippocampus arise from the entorhinal cortex (EC) and form a loop involving the dentate gyrus, CA3 and CA1 hippocampal subfields and then back to EC. Since the discovery that the hippocampus is involved in memory formation in the 50's, this region and its circuitry have been extensively studied. Beyond memory, the hippocampus has also been found to play an important role in spatial navigation. In rats and mice, place cells show a close relation between firing rate and the animal position in a restricted area of the environment, the so-called place field. The firing of place cells peaks at the center of the place field and decreases when the animal moves away from it, suggesting the existence of a rate code for space. Nevertheless, many have described the emergence of hippocampal network oscillations of multiple frequencies depending on behavioral state, which are believed to be important for temporal coding. In particular, theta oscillations (5-12 Hz) exhibit a spatio-temporal relation with place cells known as phase precession, in which place cells consistently change the theta phase of spiking as the animal traverses the place field. Moreover, current theories state that CA1, the main output stream of the hippocampus, would interplay inputs from EC and CA3 through network oscillations of different frequencies, namely high gamma (60-100 Hz; HG) and low gamma (30-50 Hz; LG), respectively, which tend to be nested in different phases of the theta cycle. In the present dissertation we use a freely available online dataset to make extensive computational analyses aimed at reproducing classical and recent results about the activity of place cells in the hippocampus of freely moving rats. In particular, we revisit the debate of whether phase precession is due to changes in firing frequency or space alone, and conclude that the phenomenon cannot be explained by either factor independently but by their joint influence. We also perform novel analyses investigating further characteristics of place cells in relation to network oscillations. We show that the strength of theta modulation of spikes only marginally affects the spatial information content of place cells, while the mean spiking theta phase has no influence on spatial information. Further analyses reveal that place cells are also modulated by theta when they fire outside the place field. Moreover, we find that the firing of place cells within the theta cycle is modulated by HG and LG amplitude in both CA1 and EC, matching cross-frequency coupling results found at the local field potential level. Additionally, the phase-amplitude coupling in CA1 associated with spikes inside the place field is characterized by amplitude modulation in the 40-80 Hz range. We conclude that place cell firing is embedded in large network states reflected in local field potential oscillations and suggest that their activity might be seen as a dynamic state rather than a fixed property of the cell.