A estrutura plástica do cérebro tem a capacidade de se adaptar a diversas condições e estímulos. No entanto, isso também pode facilitar a emergência de instabilidades, o que acarreta na necessidade de mecanismos de homeostase que previnam que a dinâmica da rede neural chegue a estados patológicos. A plasticidade associativa é considerada a principal base para o desenvolvimento de funções como memória e aprendizado, a realimentação positiva potencialmente leva à saturação de sinapses e instabilidades de atividade, especialmente em arquiteturas om conectividades recorrentes tais como em microcircuitos cerebrais. Neste trabalho investigamos a difícil interação entre a codificação de informação e o controle da atividade através da plasticidade Hebbiana e do escalonamento sináptico homeostático. O objetivo é a determinação de propriedades, como por exemplo a inibição e a conectividade, que proporcionam o desenvolvimento de codificação de informação de uma maneira confiável e fisiologicamente relevante através de plasticidade sináptica, prevenindo comportamento patológico. Após uma breve revisão bibliográfica de tópicos básicos da neurofisiologia e da modelagem de redes neurais, a primeira parte dos resultados apresenta uma rede que, sob uma forma específica de esc alonamento sináptico, desenvolve associatividade de padrões de disparo espaço-temporais e discute a afetação da capacidade de separação e confiabilidade de acordo om escalas de tempo de plasticidade, limitações sobre a eficácia sináptica e a dinâmica das interações inibitórias. A segunda parte define condições para manter o escalonamento sináptico homeostático sem instabilidades dinâmicas, om foco em fenômenos pouco explorados, como o escalonamento de sinapses inibitórias e o alcance efetivo da plasticidade. Em direção a outros mecanismos que podem influenciar esse balanço, a última parte descreve os efeitos do local de expressão da plasticidade de longa duração sobre a dinâmica de aprendizado, o que é demonstrado diferir de acordo om a codificação do estímulo.

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A estrutura plástica do cérebro tem a capacidade de se adaptar a diversas condições e estímulos. No entanto, isso também pode facilitar a emergência de instabilidades, o que acarreta na necessidade de mecanismos de homeostase que previnam que a dinâmica da rede neural chegue a estados patológicos. A plasticidade associativa é considerada a principal base para o desenvolvimento de funções como memória e aprendizado, a realimentação positiva potencialmente leva à saturação de sinapses e instabilidades de atividade, especialmente em arquiteturas om conectividades recorrentes tais como em microcircuitos cerebrais. Neste trabalho investigamos a difícil interação entre a codificação de informação e o controle da atividade através da plasticidade Hebbiana e do escalonamento sináptico homeostático. O objetivo é a determinação de propriedades, como por exemplo a inibição e a conectividade, que proporcionam o desenvolvimento de codificação de informação de uma maneira confiável e fisiologicamente relevante através de plasticidade sináptica, prevenindo comportamento patológico. Após uma breve revisão bibliográfica de tópicos básicos da neurofisiologia e da modelagem de redes neurais, a primeira parte dos resultados apresenta uma rede que, sob uma forma específica de esc alonamento sináptico, desenvolve associatividade de padrões de disparo espaço-temporais e discute a afetação da capacidade de separação e confiabilidade de acordo om escalas de tempo de plasticidade, limitações sobre a eficácia sináptica e a dinâmica das interações inibitórias. A segunda parte define condições para manter o escalonamento sináptico homeostático sem instabilidades dinâmicas, om foco em fenômenos pouco explorados, como o escalonamento de sinapses inibitórias e o alcance efetivo da plasticidade. Em direção a outros mecanismos que podem influenciar esse balanço, a última parte descreve os efeitos do local de expressão da plasticidade de longa duração sobre a dinâmica de aprendizado, o que é demonstrado diferir de acordo om a codificação do estímulo.

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A estrutura plástica do cérebro tem a capacidade de se adaptar a diversas condições e estímulos. No entanto, isso também pode facilitar a emergência de instabilidades, o que acarreta na necessidade de mecanismos de homeostase que previnam que a dinâmica da rede neural chegue a estados patológicos. A plasticidade associativa é considerada a principal base para o desenvolvimento de funções como memória e aprendizado, a realimentação positiva potencialmente leva à saturação de sinapses e instabilidades de atividade, especialmente em arquiteturas om conectividades recorrentes tais como em microcircuitos cerebrais. Neste trabalho investigamos a difícil interação entre a codificação de informação e o controle da atividade através da plasticidade Hebbiana e do escalonamento sináptico homeostático. O objetivo é a determinação de propriedades, como por exemplo a inibição e a conectividade, que proporcionam o desenvolvimento de codificação de informação de uma maneira confiável e fisiologicamente relevante através de plasticidade sináptica, prevenindo comportamento patológico. Após uma breve revisão bibliográfica de tópicos básicos da neurofisiologia e da modelagem de redes neurais, a primeira parte dos resultados apresenta uma rede que, sob uma forma específica de esc alonamento sináptico, desenvolve associatividade de padrões de disparo espaço-temporais e discute a afetação da capacidade de separação e confiabilidade de acordo om escalas de tempo de plasticidade, limitações sobre a eficácia sináptica e a dinâmica das interações inibitórias. A segunda parte define condições para manter o escalonamento sináptico homeostático sem instabilidades dinâmicas, om foco em fenômenos pouco explorados, como o escalonamento de sinapses inibitórias e o alcance efetivo da plasticidade. Em direção a outros mecanismos que podem influenciar esse balanço, a última parte descreve os efeitos do local de expressão da plasticidade de longa duração sobre a dinâmica de aprendizado, o que é demonstrado diferir de acordo om a codificação do estímulo.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Igor Tchaikovsky Mello de Oliveira.pdf: 2658205 bytes, checksum: fc8a40bfa31dd1cfee1f290fd4a98ae0 (MD5) Previous issue date: 2017-07-31 / CNPq / Os núcleos da base contêm circuitos neurais que, se manipulados corretamente, desencadeiam reconhecidos efeitos anticonvulsivantes. A desinibição do corpo estriado (ES) quanto a inibição da substância negra reticulada (SNPr), são anticonvulsivantes em modelos animais e compõem os denominados Sistemas anticonvulsivantes endógenos (SAES). Tanto o sistema nervoso central, quanto os SAEs podem ter suas respostas alteradas frente diferentes estímulos, pelo fenômeno de plasticidade. Apesar de ser bem conhecida a possibilidade de indução de plasticidade através de estimulação elétrica de alta frequênciae detecção de um potencial evocado num circuito neural, ainda não foi testado o possível efeito da estimulação elétrica de alta frequência no ES sobre a SNPr e sobre o comportamento do animal. Ratos machos adultos Long evans foram randomicamente separados em dois grupos: controle (n=4) e experimental (n=4), e, submetidos a cirurgia para implante de uma matriz de multieletrodos (16 canais) no hipocampo, um tetrodo (4 canais) no ES e um conjunto de eletrodos (8 canais) na SNPr para aquisição do registro de potencial de campo local. Um eletrodo de estímulo foi também implantando na via estriado nigral. Antes de cada protocolo os animais foram filmados em uma arena de acrílico durante 5 min para avaliação de possíveis alterações comportamentais geradas pelo estímulo. Por fim, os dois grupos receberam microinjeção intrahipocampal de pilocarpina para indução de eventos paroxísticos. A eletrofisiologia mostra que, após a aplicação de estímulo no ES, detectamosuma resposta evocada na SNPr. Quantificamos a média de quadrados adentrados (53,7±13,5 e 5,5±1,8), elevação (23,5±7,6 e 3,5±2,4), sacudidelas de corpo e cabeça (10,6±3,0 e zero) e autolimpeza (4,3±2,1 e zero) nos grupos experimental e controle, respectivamente. Os resultados até o presente momento sugerem que a aplicação do estímulo de alta frequência estácausando mudanças plásticas no circuito estriado nigral, o que modifica o padrão comportamental de motricidade nos animais. É possível detectar uma reposta evocada no circuito estriado nigral após a aplicação do estímulo. Temos como perspectiva analisar os dados eletrofisiológicos relacionados à microinjeção intrahipocampal de pilocarpina. / The basal ganglia contain neural circuits that, if manipulated correctly, trigger recognized anticonvulsant effects. Inhibition of the striatum (CS) and inhibition of the substantia nigra pars reticulate (SNPr), are anticonvulsants in animal models and make up the so-called Endogenous anticonvulsant mechanisms (EAMs).Both the central nervous system and the EAMs may have their responses altered in front of different stimuli, by the phenomenon of plasticity. Although the possibility of induction of plasticity through high-frequency electrical stimulation and detection of an evoked potential in a neuronal circuit is well known, the possible effect of the high-frequency electrical stimulation in the CS on the SNPr and on the behavior has not yet been tested in the animal. Long evans male adult rats were randomly divided into two groups: control (n = 4) and experimental (n = 4), and undergoing surgery to implant a microarray of electrodes (16 channels) in the hippocampus, a tetrode (4 channels ) in CS and a set of electrodes (8 channels) in the SNPr for acquisition of the local field potential. A stimulus electrode were implanted in the striatum nigral pathway. Before each protocol, the animals were filmed in an open fiel for 5 min to evaluate possible behavioral changes generated by the stimulus. Finally, the two groups received intrahipocampal pilocarpine microinjection to induce paroxysmal events. Electrophysiology shows that, after stimulus application in CS, we detected an evoked potential in the SNPr. We quantified the mean of in-squares (53.7 ± 13.5 and 5.5 ± 1.8), elevation (23.5 ± 7.6 and 3.5 ± 2.4), body and head shaking (10.6 ± 3.0 and zero) and self-cleaning (4.3 ± 2.1 and zero) in the experimental and control groups, respectively. The results suggest that the application of the high frequency stimulus is causing plastic changes in the striatum nigral pathway, which modifies the motor behavioral pattern in animals. It is possible to detect an evoked potential in the circuit after the application of the stimulus. We aim to analyze the electrophysiological data related to the intrahipocampal microinjection of pilocarpine.

Os receptores canabinóides CB1 são abundantemente expressos nos núcleos da base (NB), sugerindo a participação do sistema canabinóide na Doença de Parkinson (DP). Os objetivos deste estudo foram investigar a localização do CB1 nos NB de ratos; avaliar o decurso temporal de sua expressão e de marcadores neuronais em modelo experimental da DP in vivo, e avaliar os efeitos do tratamento com compostos canabinóides em modelos experimentais da DP in vivo e in vitro. Nossos resultados mostraram que o CB1 é predominantemente expresso em neurônios GABAérgicos nos NB. A lesão dopaminérgica produziu mudanças temporais distintas da expressão do CB1 nas estruturas dos NB. O tratamento com o agonista canabinóide ACEA agravou à lesão dopaminérgica e o desempenho comportamental motor. Por outro lado, o tratamento com o antagonista AM 251, embora não tenha gerado diferenças neuroquímicas, gerou melhoras nos testes comportamentais. Por fim, em nosso modelo in vitro, o tratamento com inibidor de recaptação da anandamida AM 404 gerou uma discreta redução dos níveis de morte celular. / Cannabinoid receptors CB1 are abundantly expressed in the basal ganglia (BG), suggesting the involvement of the cannabinoid system in Parkinson\'s disease (PD). The objectives of this study were to investigate the location of CB1 in BG of rats; evaluate the time course expression of CB1 and neuronal markers in an experimental model of PD in vivo, and evaluate the effects of treatment with cannabinoids compounds in experimental models of PD in vivo and in vitro. Our results showed that CB1 is predominantly expressed in GABAergic neurons in BG. The dopamine lesion produced distinct temporal changes in the expression of CB1 in BG structures. Treatment with the cannabinoid agonist ACEA aggravated the dopaminergic lesion and the motor behavioral performance. Moreover, the treatment with the antagonist AM 251, although have not generated neurochemical changes,it promoted improvements in behavioral tests. Finally, in our in vitro model, the treatment with Anandamide transport inhibitor AM 404 led to a slight reduction in the levels of cell death.

INTRODUÇÃO: Lesões cerebrais isquêmicas ocorrem em índices bastante significativos, podendo levar a alterações cognitivas de graus variados, cujas repercussões clínicas podem ser de extrema gravidade para os pacientes acometidos. Para avaliar as conseqüências destas lesões nos aspectos funcionais, pode-se utilizar um dos componentes dos potenciais evocados auditivos relacionados a eventos, o Mismatch Negativity (MMN). OBJETIVOS: verificar se o MMN é capaz de detectar mudanças eletrofisiológicas em gerbils submetidos à isquemia cerebral e a hipotermia; verificar se o treinamento auditivo pode gerar mudanças eletrofisiológicas detectáveis pelo MMN, e comparar as latências do potencial com as células sobreviventes do hipocampo de gerbils submetidos à isquemia e a hipotermia. MÉTODOS: Estudo 1: 44 gerbils (Meriones Unguiculatus) adultos foram anestesiados com halotano e submetidos à isquemia cerebral através da oclusão bilateral das carótidas por sete minutos, e à captação do MMN. Os animais foram divididos nos grupos SHAM, HIPO, NORMO e HIPER, de acordo com a temperatura a que foram submetidos. Estudo 2: 28 gerbils foram submetidos a uma sessão de treinamento auditivo com duração de 300 segundos em caixa de esquiva com gerador de eletrochoque, e ao registro do MMN. Estudo 3: foi captado o MMN de 27 gerbils e, após terem sido sacrificados, foi realizada a quantificação de células sobreviventes da região CA1 do hipocampo através de cortes histológicos. RESULTADOS: Estudo 1: houve 100% de presença do MMN no grupo HIPO, não houve diferença estatisticamente significante entre os grupos SHAM e HIPO. Estudo 2: não houve diferença estatisticamente significante entre as latências do MMN antes e depois do treinamento auditivo. Estudo 3: observou-se maior número de células sobreviventes no hipocampo nos animais do grupo HIPO, e foi detectada baixa correlação entre o número de células sobreviventes e a latência do MMN. CONCLUSÕES: o MMN detectou as mudanças eletrofisiológicas geradas pelo efeito neuroprotetor da hipotermia, porém, o protocolo do treinamento auditivo utilizado neste estudo não gerou mudanças neurais nos animais que pudessem ser detectadas pelo MMN, e foi observada baixa correlação entre a latência do MMN e o número de células sobreviventes na região CA1 do hipocampo de gerbils submetidos à isquemia e a hipotermia. / INTRODUCTION: Significant ischemic cerebral lesions may result in cognitive disorders of varying degrees, with clinical repercussions that could be extremely severe for the affected patients. In order to evaluate the consequences of such lesions upon functional aspects, one of the components of event-related auditory evoked potentials, the Mismatch Negativity (MMN), may be used. AIM: to verify whether the MMN is able to identify electrophysiological changes in gerbils submitted to cerebral ischemia and hypothermia; to verify if auditory training may generate electrophysiological changes detectable by MMN, and to compare the potential\'s latencies with the surviving cells of the hippocampus of gerbils submitted to cerebral ischemia and hypothermia. METHODS: Study 1: 44 adult gerbils (Meriones Unguiculatus) were sedated with halothane and underwent cerebral ischemia through bilateral occlusion of the carotids for seven minutes, and the MMN was registered. Animals were divided in four groups, SHAM, HIPO, NORMO and HIPER, according to the temperature they were exposed. Study 2: 28 gerbils underwent a session of auditory training of 300 seconds in a passive shuttle box with an electroshock generator, and the MMN was registered. Study 3: the MMN of 27 gerbils were registered and after their scarifice, the amount of surviving cells in the CA1 region of the hippocampus was quantified through histological cuts. RESULTS: Study 1: the MMN was 100% present in the HIPO group, there was no significant statistical difference between groups SHAM and HIPO. Study 2: there was no significant statistical difference between the MMN latencies before and after the auditory training. Study 3: a greater number of surviving cells was observed in the hippocampus of animals from group HIPO, and a low correlation between the number of surviving cells and the MMN latency was detected. CONCLUSIONS: MMN detected electrophysiological changes generated by the neuroprotector effect of hypothermia, nevertheless the auditory training protocol used in this study did not generate neural changes in the animals that could be detected by MMN, and a low correlation between the MMN latency and the number of surviving cells in the CA1 region of the hippocampus of gerbils submitted to ischemia and hypothermia was observed.

Diversas evidências demonstram que as diferentes fases do sono agem de maneira complementar e diferencial na consolidação de memórias. No entanto os mecanismos celulares e moleculares dessa relação não estão estabelecidos. Foi postulado que a melhor maneira para se entender como o sono facilita o aprendizado é contrastando evidências experimentais obtidas em presença ou ausência de informação adquirida recentemente; e que a plasticidade sináptica dependente de atividade é o melhor correlato celular para o aprendizado e memória. Portanto, analisamos a expressão dos genes relacionados à plasticidade sináptica Arc, Bdnf, Camk4, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1, Ppp2ca e Ppp2r2d durante o sono de ratos adultos expostos ou não a um ambiente enriquecido. Nove dos 10 genes avaliados (Arc, Bdnf, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1, Ppp2ca e Ppp2r2d) mostraram aumento da expressão após a exposição. A expressão de Bdnf no hipocampo estava aumentada durante os estágios marcados pela dessincronização da atividade elétrica do cérebro (vigília e sono REM) sugerindo que Bdnf poderia ser um marcador da homeostase do sono. Pela primeira vez demonstramos que exposição ao ambiente enriquecido promoveu aumento na expressão de genes (Ppp2r2d, Ppp2r2ca) que codificam para a proteína fosfatase 2A (PP2A). Dado o papel dessa proteína na plasticidade sináptica dependente de atividade sugerimos que esse evento seja importante para as modificações na morfologia e atividade neuronal observados após a exposição a um ambiente enriquecido. Por fim, o nosso trabalho mostra que ocorre a reindução de genes relacionados à potencialização sináptica durante SREM (Egr1, Fos). E, pela primeira vez, demonstrou-se que um gene que codifica para uma proteína relacionada à depressão da atividade sináptica também está reinduzido (Ppp2r2d) no hipocampo. Esses resultados reforçam a necessidade de uma reativação na atividade cerebral durante o sono e, pela primeira vez, mostram-se evidências experimentais que a potencialização e depressão da plasticidade sináptica ocorrem concomitantemente durante o sono. / Independent lines of evidence show differential and complementary roles of slow wave sleep and REM sleep in memory consolidation. However molecular and cellular mechanisms governing this relation are not known. It was suggested that comparison of experimental evidences obtained in presence or absence of recently acquired information is necessary to investigate sleep-dependent memory consolidation. It is well known that the activity-dependent synaptic plasticity is the best cellular and molecular correlate of learning and memory. Therefore we carried out experiments analyzing expression of synaptic plasticity-related genes (Arc, Bdnf, Camk4, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1, Ppp2ca e Ppp2r2d) during sleep in adult rats exposed or not to a novel experience. Expression of nine out of 10 analyzed genes (Arc, Bdnf, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1, Ppp2ca e Ppp2r2d) was increased following novelty exposure. Bdnf expression was increased in hippocampus during vigilance states marked by desynchronized brain electrical activity (waking and REM sleep). Hence, suggesting that Bdnf has a role as a homeostatic marker of sleep need. Here, we showed for the first time that exposure to novelty induces expression of protein phosphatase 2A (PP2A) coding genes (Ppp2r2d, Ppp2r2ca) in the hippocampus. Given PP2A role in activity dependant synaptic activity and its association to cytoskeleton proteins this could account for changes in neural activity and morphology observed after exposure to novelty. Finally, we found reinduction of synaptic potentiation related genes during REM sleep (Egr1, Fos). Furthermore, we also found reinduction of Ppp2r2d, which is related to synaptic depression. These results suggest the need for neural circuit reactivation during sleep and, for the first time, we provide experimental evidences that the synaptic potentiation and depression occur concurrently during sleep.