Submitted by Inácio de Oliveira Lima Neto (inacio.neto@inpa.gov.br) on 2017-12-12T13:18:17Z No. of bitstreams: 2 Isac Silva de Jesus.pdf: 2860855 bytes, checksum: 9e386c03875d43283093c315814ddf1b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-12T13:18:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Isac Silva de Jesus.pdf: 2860855 bytes, checksum: 9e386c03875d43283093c315814ddf1b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-09-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Order Gymnotiformes is composed by a group of fishes having, among their main features, the ability of generating and detecting electric gradients in their surrounding environment. This fish group has a Neotropical distribution and uses the Electrogenic and Electrosensory System (EES) to explore its habitat, by means of active electrolocation, as well as to communicate with other electric fishes. Both the production and the detection of electric signals require a neural apparatus that employs some receptors and neurotransmitters widely found in the Central Nervous System of other vertebrates, including humans. We are able to discriminate the species of the Order Gymnotiformes into two great groups, from the type of electric organ (EO) they have: the species with the electric organ derived from muscular cells (miogenic) and the species with an electric organ derived from neural cells (neurogenic). The present thesis aimed at characterizing the modulations of the Electric Organ Discharges (EOD) of representatives of these two main groups of Gymnotiformes, exposed to different concentrations of drugs acting on the central nervous system: diazepam, doxapram and nicotine. We used as animal models some fishes of the species Microsternarchus cf. bilineatus (miogenic EO), and some other from the species Parapteronotus hasemani and Apteronotus nonapartii (neurogenic EO). We analyzed 10 temporal and biophysical parameters extracted from the EOD produced before and after the drugs’ delivery. Data were analyzed with a multiparametric statistical test, Nested ANOVA (Analysis of Variance), when we needed to compare groups taking in consideration all the parameters obtained from the EOD; and uniparametric (ANOVA), when we needed to study the differences within each variable. We observed that not every mathematic parameter extracted from the EOD are informative to evaluate the responses of the fishes to the drugs. The most informative variables are the mean repetition rate (mean rate) and the EOD total duration (EOD duration), which are inversely proportional, for all the studied species. The fishes responded to the drugs distinctly from what we expected (the depressors not necessarily acted reducing their repetition rates, nor the stimulants increasing them), taking to conclusions related to the possible effects of the stress and corticosteroid hormones related to it, which might have their effects increased by the action of the drugs tested. About the uses of Gymnotiformes in bioassays with psychoactive substances, we concluded that these substances change the electrical behavior of the fishes. However, it was not possible to evidence whether such changes corresponded to the activity of these substances on central nervous system structures or resulted from a local activity on the electric organ, or even if they are a consequence of the integrated action of the substances in more than one organic system. Some species of the Order Gymnotiformes, such as Microsternarchus cf. bilineatus, have some features, which make them good animal models for pharmacological studies, as they are of easy acquirement from nature, possibility of keeping a large number of individuals in captivity in simple facilities, they tolerate handling and they produce behavioral data with low invasiveness experiments. However, other species of this group do not have these same characteristics, such as Apteronotus bonapartii and Parapteronotus hasemani. Nonetheless, the Gymnotiformes are difficult to breed in captivity, impairing the acquisition of homogeneous lineages from the genetic perspective. This is even more problematic, when we consider the underestimated genetic diversity of many species of this Order and the possibility of sympatry of distinct lineages or species morphologically identical. / A Ordem Gymnotiformes é composta por um grupo de peixes que tem, dentre as características principais, a capacidade de gerar e detectar gradientes elétricos no ambiente onde vivem. Este grupo tem distribuição neotropical e utiliza o sistema eletrogênico e eletrossensório (SEE) para explorar seu habitat, por meio da eletrolocalização ativa, bem como para comunicar-se com outros peixes elétricos. Tanto a detecção quanto a geração de sinais elétricos requerem um aparato neural que utiliza receptores e neurotransmissores comuns aos encontrados no sistema nervoso central de outros vertebrados, inclusive no homem. Podemos discriminar as espécies da ordem Gymnotiformes em dois grandes grupos, a partir do tipo de órgão elétrico (OE) que possuem: espécies com órgão elétrico com origem celular muscular (miogênica) e espécies com órgão elétrico de origem celular neural (neurogênica). A presente tese se almejou caracterizar as modulações das descargas do órgão elétrico (DOEs) de representantes desses dois grandes grupos de Gymnotiformes expostos a diferentes concentrações de fármacos que agem no sistema nervoso central, a saber: diazepam, doxapram e nicotina. Utilizamos como modelos animais peixes da espécie Microsternarchus sp. (OE miogênico) e das espécies Parapteronotus hasemani e Apteronotus bonapartii (OE neurogênico). Foram analisados 10 parâmetros temporais e biofísicos extraídos das DOEs geradas antes e depois da administração das drogas. Os dados foram analisados através de teste estatístico multiparamétrico, Nested ANOVA (Analysis of Variance), quando necessário comparar os grupos levando em consideração todos os parâmetros obtidos das DOEs; e uniparamétrico (ANOVA), quando necessário estudar diferenças pontuais de cada variável. Observamos que nem todos os parâmetros matemáticos extraídos das DOEs foram informativos para avaliar as respostas dos peixes aos fármacos. As variáveis mais informativas foram a taxa média de repetição (mean rate) e a duração total da DOE (EOD duration), que são inversamente roporcionais, para todas as espécies estudadas. Os peixes responderam às drogas de modo distinto do esperado. Sob efeito do diazepam, um depressor da atividade do SNC, os Gymnotiformes diminuíram a sua taxa de repetição. Contudo, sob efeito do doxapram, um estimulante da atividade do SNC, os peixes estudados apresentaram o mesmo tipo de resposta, assim como aqueles sob efeito da nicotina, que pode atuar deprimindo ou estimulando a atividade do SNC. Esses achados levaram a considerações relacionadas aos possíveis efeitos do estresse, e hormônios corsticosteróides a ele relacionados, que podem ter tido seus efeitos potencializados pela ação dos fármacos em estudo. A respeito do uso de Gymnotiformes em bioensaios com substâncias psicoativas, concluímos que essas substâncias alteraram o comportamento elétrico dos peixes, mas não foi possível evidenciar se tais mudanças corresponderam à ação dessas substâncias em estruturas do sistema nervoso central ou se resultaram de uma atividade local no órgão elétrico, ou ainda se decorreram de uma ação integrada em mais de um sistema orgânico. Algumas espécies peixes da Ordem Gymnotiformes, como Microsternarchus cf. bilineatus, possuem características que as tornam bons modelos para estudos no campo da farmacologia, como a facilidade de obtenção de espécimes, possibilidade de manutenção de grande número de indivíduos em instalações relativamente simples, são tolerantes ao manuseio e produzem dados comportamentais significativos com experimentos pouco invasivos. Entretanto, outras espécies do grupo não possuem essas mesmas características, como Apteronotus bonapartii e Parapteronotus hasemani. Os Gymnotiformes, apresentam um gargalo no tocante à dificuldade de reprodução em cativeiro, impedindo a criação de linhagens mais homogêneas do ponto de vista genético. Isso se torna ainda mais problemático, quando se considera a diversidade genética subestimada em diversas espécies da Ordem e a possibilidade de convívio simpátrico de linhagens ou espécies distintas, porém morfologicamente idênticas.

Submitted by Gizele Lima (gizele.lima@inpa.gov.br) on 2017-06-21T13:29:15Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Dalton Nunes versão final.pdf: 1577405 bytes, checksum: 6df086f9fdac72928ffa90b7c96d2612 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-21T13:29:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Dalton Nunes versão final.pdf: 1577405 bytes, checksum: 6df086f9fdac72928ffa90b7c96d2612 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-12-12 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The order Gymnotiformes is endemic of the Neotropical region and has, among other peculiarities, the capacity to generate and detect alternate electric currents, with an aid of a system that encompasses both electrogenic and electroreceptor cells, respectively. By means of this electrogenic and electrosensory system, these fish are able to communicate and to electrolocate in several types of habitats, including under the absence of light. Several studies have demonstrated the potential use of these fish as environmental biomonitors, once the patterns of the electric organ discharge may change, depending upon the physic-chemical properties of the surrounding water. This study had as objective to analyze the effect of polluted water from an urban stream of Manaus in the discharge patterns of Microsternarchus sp. Three concentration of pollution were used, beyond the control treatment. The experiments lasted seven hours, divided into two hours of acclimation, one hour of pre-test and four hours of exposition to the polluted water. The discharge patterns were monitored at 15 minutes intervals, and each observation (recording of the discharge) lasted five seconds. The results indicate that the stream studied (Matrinxã) is severely affected by urban pollution. The fish show significant and dosedependent variation in their discharge patterns during the exposition time. The treatment with the highest concentration pollution level provoked a detectable change in the discharge pattern within two and half hours of exposition. The genus Microsternarchus appears as a good model for biomonitoring tests. / A ordem Gymnotiformes abriga peixes endêmicos da região Neotropical, que dentre outras peculiaridades possuem a capacidade de gerar e detectar correntes elétricas através de um sistema que engloba células eletrogênicas e eletrorreceptoras, respectivamente. Através deste sistema estes peixes são capazes de se comunicar e se localizar em diversos tipos de ambientes, inclusive os que apresentam baixa luminosidade. Diversos estudos têm demonstrado que estes peixes tem um potencial de utilização como biomonitores ambientais, uma vez que os padrões de descarga do órgão elétrico se modificam dependendo da qualidade da água circundante. Este estudo teve como objetivo analisar o efeito da água poluída de um igarapé urbano de Manaus nos padrões de descarga de Microsternarchus sp. Foram realizados experimentos utilizando três concentrações de água poluída, além do tratamento controle. Os experimentos tiveram duração total de sete horas, divididas em duas horas de aclimatação, uma hora de pré-teste e quatro horas de exposição à água poluída. Os padrões de descarga foram monitorados em intervalos de 15 minutos, e cada gravação (observação) teve duração de cinco segundos. A análise dos parâmetros físico-químicos da água utilizada nos experimentos demonstrou que o igarapé estudado (Matrinxã) está severamente afetado pela poluição urbana. Os peixes apresentaram variações significativas e dose-dependentes na frequência de descarga, ao longo do período de exposição. O tratamento com nível mais alto de poluição provocou uma modificação detectável nos padrões da descarga do órgão elétrico (DOE) após duas horas e meia. O gênero Microsternarchus se mostrou um bom modelo para testes de biomonitoramento.

Submitted by Dominick Jesus (dominickdejesus@hotmail.com) on 2016-02-12T17:05:07Z No. of bitstreams: 2 Adília Nogueira.pdf: 3751312 bytes, checksum: 8fc702ff535b4f998d4dd2b1b0543bfb (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-12T17:05:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Adília Nogueira.pdf: 3751312 bytes, checksum: 8fc702ff535b4f998d4dd2b1b0543bfb (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2010-10-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Gymnotiformes from South and Central America have especialized electric organs and electroreceptors used in active electrolocation of objects and organisms and used in intra and interspecific social interactions. It ́s a general understanding that the species diversity within the order is significantly underestimated. In the monotypic genus Microsternarchus we can find substancial variations in external morphology and EOD characteristics and studies on genetic differentiation among populations of the Rio Negro basin have shown it ́s separation into five distinct lineages with high levels of divergence. The agonistic behavior consists of patterns of adjustment to conflict situations between individuals of the same or different species. The behavior displays of Gymnotiformes depend on motor elements and on the informations encoded by the Electric Organ Discharge. The EOD is highly variable and each species has an unique repertoire due to specialization of regulation and modulation mechanisms, which transforms it into a powerful communication tool. The methods of phylogenetic analysis have been causing significant impacts in many scientific areas, including the study of the evolution of animal communication. Understanding the phylogenetic relationships among different groups of electric fish is still incipient, but this approach promises to subsidize a better understanding of the adaptive value of animal behavior, essential for the understanding of the environmental dynamic in the Amazon. The main objective of this work was to contribute to the understanding of the mechanisms of speciation and adaptive significance of electrocommunication, through the use of Microsternarchus as a study model. To this end, it was preformed an analysis on the morphological and EOD variation of previously identified lineages of Microsternarchus from the Rio Negro basin, and an analysis on the variation of the motor and electric agonistic displays produced by a new species according to intra and interspecific social contexts, the latter varying according to the phylogenetic relationships between different species. The results indicate that the genus contains four new species yet undescribed. The species used for the study of agonistic behavior exhibits characteristics that allow its immediate distinction: the presence of a large electric organ visible to the naked eye, and a pulse formed by a second phase with an amplitude much smaller than the amplitude of the first phase. It’s EOD shares several temporal and spectral aspects with Racenisia fimbriipinna (most closely related genus), which does not happen with Microsternarchus bilineatus, strengthening the need for a systematic and taxonomic revision of the genus and the related phylogenetic relationships. The new species exhibits an intraspecific aggressive behavior with the establishment of dominance relationships among fish of the same and opposite sexes. The competition between the females had higher levels of aggression than among males and they were always dominant over the males. As a result, changes occurred in the waveform of the EOD, and the submissive animals altered a greater number of EOD’s parameters than the dominants. The repetition rate seems to be an important parameter for the establishment of dominance relationships between individuals of the same sex and males, in the presence of females, showed a pulse less elongated. Exposure to different interspecific social environments revealed the existence of distinct levels of aggression and dominance relationships that seemed to be related to phylogenetic distance between species. Repetition rate and waveform also appear to play important roles in the processes of interspecific recognition. / Os Gymnotiformes da América Central e do Sul possuem órgãos elétricos e eletroreceptores utilizados para a localização ativa de objetos e organismos e para as interações sociais intra e interespecíficas. O conhecimento cada vez mais generalizado dentro da ordem é de que a diversidade específica destes organismos se encontra bastante subestimada. O gênero monotípico Microsternarchus apresenta variações em relação à sua morfologia externa e características da DOE e estudos realizados sobre a diferençiação genética entre populações de Microsternarchus da bacia do rio Negro mostraram a sua separação em cinco linhagens distintas, com valores elevados de divergência. O comportamento agonístico compreende padrões comportamentais de ajuste a situações de conflito entre indivíduos da mesma espécie ou de espécies diferentes. Os “displays” comportamentais dos Gymnotiformes dependem de elementos físicos/motores e das informações codificadas pela Descarga do Órgão Elétrico. Esta é altamente variável e cada espécie possui um repertório único, devido à especialização de mecanismos de regulação e modulação, que a torna numa poderosa ferramenta de comunicação. Os métodos de análise filogenética têm vindo a causar impactos significativos em muitas áreas de estudo, incluindo o estudo da evolução da comunicação animal. A compreensão das relações filogenéticas entre os diferentes grupos de peixes elétricos ainda é incipiente, mas esta abordagem promete subsidiar um melhor entendimento sobre o valor adaptativo do comportamento animal, fundamental para a compreensão da dinâmica ambiental na Amazônia. Este trabalho teve como objetivo principal contribuir para o entendimento dos mecanismos de especiação e significado adaptativo da eletrocomunicação, através da utilização de Microsternarchus como modelo de estudo. Para tal, foi feita uma análise sobre a variação morfológica e da DOE das linhagens identificadas para a bacia do rio Negro, e uma análise da variação dos “displays” agonísticos motores e elétricos exibidos por uma nova espécie de acordo com o contexto social intra e interespecífico, este último variando de acordo com as relações filogenéticas entre as diferentes espécies. Os resultados apontam para que o gênero contenha quatro espécies ainda não descritas. A espécie utilizada para o estudo do comportamento agonístico exibe características que permitem a sua imediata distinção: a presença de um órgão elétrico grande e visível a olho nú, e um pulso formado por uma segunda fase de amplitude bem menor do que a primeira. A sua DOE partilha vários aspectos temporais e espectrais com Racenisia fimbriipinna (gênero irmão), que não acontece com Microsternarchus bilineatus, o que reforça a necessidade de uma revisão taxonômica e sistemática do gênero e dos respectivos relacionamentos filogenéticos. A nova espécie exibe um comportamento agressivo intraespecífico com o estabelecimento de relações de dominância entre peixes do mesmo sexo e de sexos opostos. A competição entre as fêmeas apresentou níveis superiores de agressividade do que entre machos e estas se mostraram sempre dominantes em relação aos machos. Como resultado, ocorreram alterações na forma de onda da DOE e os animais submissos alteraram um maior número de parâmetros do que os dominantes. A taxa de repetição parece ser um parâmetro importante para o estabelecimento de relações de dominância entre indivíduos do mesmo sexo e os machos, quando na presença das fêmeas, apresentaram um pulso menos alongado. A exposição a diferentes ambientes sociais interespecíficos revelou a existência de índices de agressividade e relações de dominância distintos que parecem estar relacionados com a distância filogenética entre as espécies. A taxa de repetição e a forma de onda parecem também desempenhar papéis relevantes nos processos de reconhecimento interespecífico.

Resumo não disponível

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A bioeletrogenese tem atraído a atenção da ciência desde a antiguidade. Capazes de produzir campos elétricos e também de sentir estes campos, os peixes elétricos pulsadores de campo fraco são um modelo de estudo praticamente com características únicas em neuroetologia, ja que permitem ao experimentador medir de maneira não invasiva os sinais espaco-temporais envolvidos em pelo menos duas capacidades complexas do sistema nervoso do animal: a eletrolocalizacao (em que e produzida uma imagem elétrica das proximidades) e a eletrocomunicacao (em que os padrões de pulsos são usados para identificar conspecificos, seu sexo, tamanho, resolver disputas de território, etc). Entretanto, como os pulsos geralmente são idênticos em indivíduos de uma mesma espécie e a amplitude do sinal medido depende da distancia dos animais aos eletrodos usados, experimentos com animais livres para se movimentar são muito difíceis de realizar, mais ainda experimentos com mais de um animal interagindo. Por isso, na maioria dos trabalhos encontrados na literatura o comportamento elétrico dos animais e registrado durante curtos intervalos de tempo em que seus movimentos eram bastante restritos ou limitados a agua bem rasa. Além disso, os estímulos eram geralmente compostos por pulsos quadrados ou períodos senoidais apresentados a intervalos regulares. Os protocolos experimentais usados eram sempre unidirecionais, ou seja, não dependiam nem se adaptavam a atividade dos peixes. Para lidar com estas limitações, que acreditamos tornarem o comportamento dos animais muito diferente do que ocorre na natureza, desenvolvemos aparatos experimentais para registrar e estudar o comportamento elétrico e motor de peixes elétricos pulsadores nadando livremente por longos períodos de tempo e que podem ser facilmente adaptados para o estudo de diversas espécies. Utilizamos técnicas de interação em tempo real entre computadores e sistema nervoso vivo, adaptado de protocolos do tipo dynamic clamp, para produzir estímulos elétricos realistas e também estímulos luminosos. Mostramos protocolos de estimulação clássicos unidirecionais bem como bidirecionais, dependentes da atividade dos animais. Aplicamos técnicas de analise de dados baseadas na teoria da informação que permitiram associar a entropia da serie de pulsos do órgão elétrico a movimentação do animal. Aplicamos estes aparatos e técnicas para estudar peixes elétricos de campo fraco de espécies que pertencem a ordens diferentes e, portanto, são o resultado de historias evolutivas distintas: o peixe sul americano G. carapo, da ordem dos Gymnotiformes e o peixe africano G. petersii, da ordem dos Mormyriformes. Obtivemos evidencias de comunicação dos animais e estudamos quais os padrões mais prováveis de disparo em diferentes condições. Uma das espécies apresentou um longo transiente quando exposta a um novo ambiente, evidenciando que as técnicas tradicionais de restringir periodicamente o movimento do peixe não são adequadas para o estudo do comportamento desta espécie. Nossos resultados apresentaram varias evidencias de que os animais são capazes de distinguir estímulos realistas (gravados de conspecificos), de estímulos aleatórios com propriedades estatísticas semelhantes e que há 2 valores de echo response validando a necessidade dos métodos de estimulo desenvolvidos. Também pudemos mostrar que protocolos de estimulação em tempo real bidirecionais, são mais efetivos em interagir com o código do peixe quando comparados com os protocolos unidirecionais tradicionais e que os animais são capazes de aprender a controlar seu comportamento motor e também sua frequência de disparo para evitar estímulos indesejados. / Bioloelectrogenesis is known since ancient times. Weakly electric fish are a wonderful model in Neuroethology because they produce and sense eletric fields. These unique features allow non invasive experiments to access complex spatio-temporal signals involved in 2 tasks called electrocommunication and electrolocation. Electrolocation is the ability to see the surrounding areas /objects by analyzing changes in the fish\'s own electric field and electrocommunication is the ability to identify conspecifics, fight for dominance etc. In this last task fish have their electric field distorted by conspecifics\' eletric organ discharges. Usually, within species, pulse-type weakly electric fish discharge pulses with similar waveform and the amplitude of the pulse depends on the distance to the recording electrodes being very difficult to measure the discharges in freely swimming animals, specially when 2 or more animals are interacting. For these reasons, most studies found in the literature are done with restrained animals or in shallow tanks. The most commom stimuli used are square/sine waves or very short pre-recorded discharges in classic protocol where the stimuli do not depend on the fish\'s activity. To overcome these issues trying to perform more naturalistic experiments, we developed experimental setups to record the electric and motor behavior in freely pulse-type electric fish for long periods. Our setups have also the advantage of being easy to adapt making possible to study several species. We performed real time experiments with realistic electric and light stimuli using dynamic clamp techniques adapted to Neuroethology. We show both classic unidirectional protocols as well as bidirectional closed loop interaction, taking into account the fish\'s dynamic activity. Analyzes based on Information Theory revealed that the entropy of the electric organ discharges are correlated to the their movement. We performed experiments using the setups and techniques mentioned before in 2 species that have evolved independently: G. Carapo (Gymnotidae) from South America and G. petersii (Mormyridae) from Africa. We show evidence of real communication and we study the inter pulse discharge probability in different behavioral circumstances. One specie showed a long transient behavior when introduced in new environment, hence, the traditional experiments with restrained animals might not be suitable to study natural behavior. Our results show several evidences that the fish can distinguish between realist stimuli from conspecifics and random ones, that there are 2 values of echo response instead of 1, demonstrating the importance of our new setup and protocols. We could also show that closed loop protocols were more effective to stimulate and interact with the fish\'s activity and that the animals are able to control their motor and electric behavior avoiding possibly harmful stimulation.

Submitted by Gizele Lima (gizele.lima@inpa.gov.br) on 2016-08-23T20:37:30Z No. of bitstreams: 2 Dissertação_Thiago_Petersen_versao_final.pdf: 4348289 bytes, checksum: 0e3660e9c3b7b38026e9591917fbdac7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-23T20:37:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação_Thiago_Petersen_versao_final.pdf: 4348289 bytes, checksum: 0e3660e9c3b7b38026e9591917fbdac7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2013-08-14 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Gymnotiformes is a fish order only present in the neotropical region, with the highest biodiversity in the amazon region. The most striking feature of this this group is the ability to generate and distinguish electric fields which working together make the Electrogenic and Electrosensory System. The Electric Organ Discharge (EOD) are highly accurate and coordinated by a Pacemaker Nucleus (PN) present in the fish’s medulla, which receives input to slow down or rise up your rhythm from two another brain regions. In electric fishes, the Jamming Avoidance Response (JAR) behavior begins when there is interference between the EOD signals, leading the individuals involved to adapt to the interfering signal. Microsternarchus is a fish genus from the order Gymnotiforms, presumably monotypic, classified how a pulse-electric-fish with at least 4 lineages and 8 sub-lineages with high molecular differences. In the presente study experiments to analyse and compare the JAR and other EOD modulations between two Microsternarchus lineages were been performed. No distinct lineages were be found among the tested fishes, only sub-lineages from the C lineage. The results suggest the two sub-lineages have diferences on your EODs and in your JAR models. The main differences between the sub-lineages were see in the frequencies related variables, males had higher number of chirps and some females showed abrupt interruptions in your EODs. This phase and frequency behaviours were then reported and described to the tested fishes in presence of interference stimulus and compared with the experimental models performed. Finally, the EOD modulations observed were been related to the neurophysiology of the PN from other species of Gymnotiforms. Conclusions: the lineages, as well as sex, have some measurable differences in their JAR models; the genus from this study presents a common JAR and EOD modulations to other genus from the order Gymnotiforms; and possibly share, in part, a PN control mechanisms with another pulser electric fishes and even wave electric fishes. / Gymnotiformes é uma ordem de peixes unicamente presentes na região neotropical, tendo o ápice de sua diversidade concentrado na região amazônica. A característica mais marcante deste grupo é a sua capacidade de gerar e perceber campos elétricos, sendo que, em conjunto, compõem o Sistema Eletrogênico e Eletrosensório. As descargas de Órgão Elétrico (DOE) são altamente precisas e coordenadas por um Núcleo Marca-passo (NM) presente na medula do peixe que, por sua vez, recebe informações para aumentar ou diminuir seu ritmo de outras duas regiões cerebrais. Em peixes elétricos, o comportamento de Jamming Avoidance Response (JAR) ocorre quando existe uma interferência entre as DOEs, levando os indivíduos envolvidos a se adaptar ao sinal interferente. Microsternarchus é um gênero da ordem Gymnotiformes, supostamente monotípico, classificado como peixe elétrico pulsador, apresentando pelo menos 4 linhagens e outras 8 sub-linhagens com elevadas diferenças moleculares. No presente trabalho foram realizados experimentos para se analisar e comparar o JAR e outras modulações da DOE entre duas linhagens de Microsternarchus. Não foram encontradas linhagens distintas entre os peixes experimentados, apenas sub-linhagens da linhagem C. Os resultados mostraram que as sub-linhagens se diferenciam em suas DOEs e mesmo em seus modelos de JARs. As principais diferenças entre as sub-linhagens foram vistas nas variáveis relacionadas às frequências, além de que machos apresentaram maior número de chirps e algumas fêmeas apresentaram interrupções abruptas em suas DOEs. Foram então relatados e descritos comportamentos de fase e de frequência para o JAR dos indivíduos experimentados, sendo estes comparados aos modelos experimentais realizados. Por fim, as modulações da DOE observadas foram relacionadas à neurofisiologia do controle do NM de outras espécies de Gymnotiformes. Concluiu-se, que: as linhagens, assim como o sexo, apresentam algumas diferenças mensuráveis em seus modelos de JARs; que o gênero estudado apresenta características em comum no JAR e nas suas modulações com outros gêneros da ordem Gymnotiformes; e que o gênero estudado compartilha, em parte, mecanismos de controle do NM com outros gêneros de peixes elétricos pulsadores e até mesmo onduladores.

A bioeletrogenese tem atraído a atenção da ciência desde a antiguidade. Capazes de produzir campos elétricos e também de sentir estes campos, os peixes elétricos pulsadores de campo fraco são um modelo de estudo praticamente com características únicas em neuroetologia, ja que permitem ao experimentador medir de maneira não invasiva os sinais espaco-temporais envolvidos em pelo menos duas capacidades complexas do sistema nervoso do animal: a eletrolocalizacao (em que e produzida uma imagem elétrica das proximidades) e a eletrocomunicacao (em que os padrões de pulsos são usados para identificar conspecificos, seu sexo, tamanho, resolver disputas de território, etc). Entretanto, como os pulsos geralmente são idênticos em indivíduos de uma mesma espécie e a amplitude do sinal medido depende da distancia dos animais aos eletrodos usados, experimentos com animais livres para se movimentar são muito difíceis de realizar, mais ainda experimentos com mais de um animal interagindo. Por isso, na maioria dos trabalhos encontrados na literatura o comportamento elétrico dos animais e registrado durante curtos intervalos de tempo em que seus movimentos eram bastante restritos ou limitados a agua bem rasa. Além disso, os estímulos eram geralmente compostos por pulsos quadrados ou períodos senoidais apresentados a intervalos regulares. Os protocolos experimentais usados eram sempre unidirecionais, ou seja, não dependiam nem se adaptavam a atividade dos peixes. Para lidar com estas limitações, que acreditamos tornarem o comportamento dos animais muito diferente do que ocorre na natureza, desenvolvemos aparatos experimentais para registrar e estudar o comportamento elétrico e motor de peixes elétricos pulsadores nadando livremente por longos períodos de tempo e que podem ser facilmente adaptados para o estudo de diversas espécies. Utilizamos técnicas de interação em tempo real entre computadores e sistema nervoso vivo, adaptado de protocolos do tipo dynamic clamp, para produzir estímulos elétricos realistas e também estímulos luminosos. Mostramos protocolos de estimulação clássicos unidirecionais bem como bidirecionais, dependentes da atividade dos animais. Aplicamos técnicas de analise de dados baseadas na teoria da informação que permitiram associar a entropia da serie de pulsos do órgão elétrico a movimentação do animal. Aplicamos estes aparatos e técnicas para estudar peixes elétricos de campo fraco de espécies que pertencem a ordens diferentes e, portanto, são o resultado de historias evolutivas distintas: o peixe sul americano G. carapo, da ordem dos Gymnotiformes e o peixe africano G. petersii, da ordem dos Mormyriformes. Obtivemos evidencias de comunicação dos animais e estudamos quais os padrões mais prováveis de disparo em diferentes condições. Uma das espécies apresentou um longo transiente quando exposta a um novo ambiente, evidenciando que as técnicas tradicionais de restringir periodicamente o movimento do peixe não são adequadas para o estudo do comportamento desta espécie. Nossos resultados apresentaram varias evidencias de que os animais são capazes de distinguir estímulos realistas (gravados de conspecificos), de estímulos aleatórios com propriedades estatísticas semelhantes e que há 2 valores de echo response validando a necessidade dos métodos de estimulo desenvolvidos. Também pudemos mostrar que protocolos de estimulação em tempo real bidirecionais, são mais efetivos em interagir com o código do peixe quando comparados com os protocolos unidirecionais tradicionais e que os animais são capazes de aprender a controlar seu comportamento motor e também sua frequência de disparo para evitar estímulos indesejados. / Bioloelectrogenesis is known since ancient times. Weakly electric fish are a wonderful model in Neuroethology because they produce and sense eletric fields. These unique features allow non invasive experiments to access complex spatio-temporal signals involved in 2 tasks called electrocommunication and electrolocation. Electrolocation is the ability to see the surrounding areas /objects by analyzing changes in the fish\'s own electric field and electrocommunication is the ability to identify conspecifics, fight for dominance etc. In this last task fish have their electric field distorted by conspecifics\' eletric organ discharges. Usually, within species, pulse-type weakly electric fish discharge pulses with similar waveform and the amplitude of the pulse depends on the distance to the recording electrodes being very difficult to measure the discharges in freely swimming animals, specially when 2 or more animals are interacting. For these reasons, most studies found in the literature are done with restrained animals or in shallow tanks. The most commom stimuli used are square/sine waves or very short pre-recorded discharges in classic protocol where the stimuli do not depend on the fish\'s activity. To overcome these issues trying to perform more naturalistic experiments, we developed experimental setups to record the electric and motor behavior in freely pulse-type electric fish for long periods. Our setups have also the advantage of being easy to adapt making possible to study several species. We performed real time experiments with realistic electric and light stimuli using dynamic clamp techniques adapted to Neuroethology. We show both classic unidirectional protocols as well as bidirectional closed loop interaction, taking into account the fish\'s dynamic activity. Analyzes based on Information Theory revealed that the entropy of the electric organ discharges are correlated to the their movement. We performed experiments using the setups and techniques mentioned before in 2 species that have evolved independently: G. Carapo (Gymnotidae) from South America and G. petersii (Mormyridae) from Africa. We show evidence of real communication and we study the inter pulse discharge probability in different behavioral circumstances. One specie showed a long transient behavior when introduced in new environment, hence, the traditional experiments with restrained animals might not be suitable to study natural behavior. Our results show several evidences that the fish can distinguish between realist stimuli from conspecifics and random ones, that there are 2 values of echo response instead of 1, demonstrating the importance of our new setup and protocols. We could also show that closed loop protocols were more effective to stimulate and interact with the fish\'s activity and that the animals are able to control their motor and electric behavior avoiding possibly harmful stimulation.

Construímos um aparato experimental para medir os instantes de disparo do órgão elétrico de peixes elétricos de campo fraco da espécie Gymnotus carapo, que produz estes pulsos para localizar objetos dentro da água e para se comunicar socialmente. O aparato foi desenvolvido de maneira a iisolar o animal de perturbações externas como vibrações mecânicas, sons, campos elétricos e variações de luminosidade do ambiente. A principal característica de nosso aparato é um conjunto de eletrodos, distribuídos nos vértices do tanque de experimentos, que permitem obter as medidas (longas séries de instantes de disparo) sem restringir os movimentos do peixe e até mesmo inferir a sua posição comparando as amplitudes em diferentes eletrodos, o que possibilita relacionar a posteriori os padrões de disparo ao comportamento do animal. Desenvolvemos um programa de computador em linguagem C que, através de uma interface digital­analógica reproduz a série temporal da voltagem de um pulso de um peixe verdadeiro e utilizamos este sinal elétrico para estimular os animais. Os pulsos artificiais foram aplicados a um dipolo elétrico que imita a geometria do órgão elétrico de um peixe e os intervalos entre pulsos foram produzidos por diferentes distribuições: aleatória, intervalos gravados previamente do próprio ou de outro peixe, sequências manipuladas para repetir determinados trechos reais intercalados com trechos aleatórios, etc. Um segundo computador foi utilizado para detectar os instantes dos pulsos de estímulo e resposta e armazenar estas sequências em arquivos. Posteriormente utilizamos estas sequências para calcular a informação mútua média entre os sinais e verificamos que diferentes peixes reconhecem e reagem (alterando seus disparos elétricos) a determinados trechos da série de estímulo real de maneira bastante reprodutível. Também desenvolvemos outro programa de controle para detectar os pulsos do peixe em um dos aquários e estimular, em tempo real, o peixe de outro aquário e vice­versa. Assim, a única forma de interação entre os peixes é através dos pulsos elétricos e esta interação ocorre de modo bidirecional. Os dados destes experimentos também foram analisados utilizando o cálculo da informação mútua média entre os padrões dos dois peixes e encontramos evidências de que neste caso o fluxo de informação é maior que nos experimentos unidirecionais. Nosso aparato permitiu utilizar com sucesso a teoria da informação para estudar a dinâmica de disparo durante a interação elétrica entre peixes e possibilita diversos experimentos futuros em que pretendemos relacionar os padrões elétricos ao comportamento social dos animais e a sua interação com o meio ambiente. / We built an experimental apparatus to measure the electric organ discharge times from weakly electric fishes of the Gymnotus carapo species. Such fishes use these pulses to actively locate objects in water as well as in social communication. Our apparatus was designed to allow such measures in the absence of some external perturbations the fishes are sensitive to, such as mechanical vibrations, electric fields and changes in the laboratory luminosity. A set of eight electrods were installed in the corners of the experimental tank and allows to obtain the discharge times without need to restrain the movements of the fish. Actually, from the maximal amplitudes of the discharge in different elecrodes we can infer the position and movements of the fish and relate its electrical dynamics to its behavior. A computer program (C language) was written to use a digital to analog interface to reproduce the time series of a discharge pulse from a real fish (recorded previously) and this electrical signal was used to stimulate the animals. The artificial pulses were applied to an electrical dipole built to mimic the geometry of the electrical organ of a living fish. The intervals between discharges were chosen from sequences obtained from different distributions: random, sequencies from real living fishes, handled sequencies where we repeated some real patterns with random patterns in between, etc. The detection of the stimuli and response pulses were done in another computer with the software Dasylab and the discharge times sequencies were recorded in harddisk for further analysis. Both sequencies were used to compute the average mutual information between the signals and we verified that different fishes recognize and react (changing their pulse interval pattterns) to the same regions of the real stimuli sequence. We also developed another control program (C language) to detect the discharges of a fish in one tank and to stimulate, in real time, a fish in another tank with those pulses, and vice­versa, in a bidirectional way. In this way, the only interaction between the fishes is through their electric pulses. The data analysis also consisted in obtaining the average mutual information between the sequencies of the two fishes and we found evidences that the flow of information is higher than that found in unidirectional experiments. Our apparatus allowed us to succesfully apply information theory to study the dynamics of the discharge intervals when the fishes are interacting. In the future we intend to extensivelly use such experiments to relate the electrical patterns to social behavior and to the interaction of these fishes with their environment.