A perda auditiva consiste na perda, parcial ou total, da capacidade de ouvir determinados sons e compreensão de palavras. De acordo com o Censo Demográco do ano de 2000, o Brasil apresenta aproximadamente 5.700.000 de indivíduos com surdez, sendo deste total aproximadamente 2 milhões de indivíduos possuidores de perda auditiva severa e profunda. Atualmente diversos estudos têm sido realizados a m de vericar a plasticidade neural e o processo de linguagem em indivíduos surdos, entretanto pouco se conhece acerca do funcionamento do cérebro em repouso, e.g. a rede de modo padrão. O objetivo deste estudo é observar e analisar como se manifesta a organização neuronal, tanto funcional quanto estrutural, em surdos, no estado de repouso. Foram utilizadas imagens fMRI, para a obtenção de dados a respeito do funcionamento cerebral em seu estado de repouso basal, e imagens DTI, a m de se determinar as conexões neuronais. Os dados dos mapas de conectividade funcional e estrutural foram comparados com os achados denidos para sujeitos ouvintes. Nossos achados ilustram que o indivíduo surdo têm maior suporte para a atenção dirigida à tomada de decisão, monitoramento ambiental baseado nos movimentos de objetos e também no controle motor e visual. Podemos armar que a privação auditiva não oferece barreiras intransponíveis para o convívio familiar ou social, sendo o indivíduo surdo tão produtivo e capaz quanto qualquer outro, desde que a abordagem linguística seja condizente com suas capacidades sensoriais. / Hearing loss consists of partial or total loss of the ability to hear certain sounds and comprehension of words. According to the Brazilian Demographic Census of the year 2000, there are approximately 5,700,000 deaf individuals, of which approximately 2 million of them have severe and profound hearing loss. Several studies have now been carried out to verify neural plasticity and the language process in deaf individuals, however little is known about the brain functioning at rest, e.g. the network in standard mode. The objective of this study is to observe and analyze how neuronal organization, both in terms of functional and structural brain networks, is manifested in deaf individuals at resting state. We used fMRI images to obtain data on brain functioning in its basal state of rest and DTI images in order to determine neural connections. The data from the functional and structural connectivity maps were compared with the dened ndings for hearing subjects. Our ndings illustrate that the deaf individual has greater support for attention directed to decision making, environmental monitoring based on movement of objects and also on motor and visual control. We can arm that hearing deprivation does not oer impossible barriers to family or social life, being the deaf individual as productive and capable as any other, since the linguistic approach is consistent with their sensorial capacities.

A perda auditiva consiste na perda, parcial ou total, da capacidade de ouvir determinados sons e compreensão de palavras. De acordo com o Censo Demográco do ano de 2000, o Brasil apresenta aproximadamente 5.700.000 de indivíduos com surdez, sendo deste total aproximadamente 2 milhões de indivíduos possuidores de perda auditiva severa e profunda. Atualmente diversos estudos têm sido realizados a m de vericar a plasticidade neural e o processo de linguagem em indivíduos surdos, entretanto pouco se conhece acerca do funcionamento do cérebro em repouso, e.g. a rede de modo padrão. O objetivo deste estudo é observar e analisar como se manifesta a organização neuronal, tanto funcional quanto estrutural, em surdos, no estado de repouso. Foram utilizadas imagens fMRI, para a obtenção de dados a respeito do funcionamento cerebral em seu estado de repouso basal, e imagens DTI, a m de se determinar as conexões neuronais. Os dados dos mapas de conectividade funcional e estrutural foram comparados com os achados denidos para sujeitos ouvintes. Nossos achados ilustram que o indivíduo surdo têm maior suporte para a atenção dirigida à tomada de decisão, monitoramento ambiental baseado nos movimentos de objetos e também no controle motor e visual. Podemos armar que a privação auditiva não oferece barreiras intransponíveis para o convívio familiar ou social, sendo o indivíduo surdo tão produtivo e capaz quanto qualquer outro, desde que a abordagem linguística seja condizente com suas capacidades sensoriais. / Hearing loss consists of partial or total loss of the ability to hear certain sounds and comprehension of words. According to the Brazilian Demographic Census of the year 2000, there are approximately 5,700,000 deaf individuals, of which approximately 2 million of them have severe and profound hearing loss. Several studies have now been carried out to verify neural plasticity and the language process in deaf individuals, however little is known about the brain functioning at rest, e.g. the network in standard mode. The objective of this study is to observe and analyze how neuronal organization, both in terms of functional and structural brain networks, is manifested in deaf individuals at resting state. We used fMRI images to obtain data on brain functioning in its basal state of rest and DTI images in order to determine neural connections. The data from the functional and structural connectivity maps were compared with the dened ndings for hearing subjects. Our ndings illustrate that the deaf individual has greater support for attention directed to decision making, environmental monitoring based on movement of objects and also on motor and visual control. We can arm that hearing deprivation does not oer impossible barriers to family or social life, being the deaf individual as productive and capable as any other, since the linguistic approach is consistent with their sensorial capacities.

Attention is a key mental function in everyday life, but unfortunately we easily get distracted. The brain correlates underlying sustained attention, the so-called sustained attention network (SAN), have been well identified, as have the brain correlates underlying mind-wandering, the so-called default mode network (DMN). Nevertheless, even though we know about the underlying brain processes, this knowledge has not yet been translated in advanced brain-based attention training protocols. Here we proposed to use a novel brain imaging technique based on real-time functional magnetic resonance imaging (fMRI) to provide individuals with information about ongoing levels of activity in the attention and the default mode networks. To the best of our knowledge, this is the first study to show that, with the help of that fMRI-neurofeedback, individuals can learn how to improve controlling of, at the same time, SAN activation and DMN deactivation. This learning process was explained mainly in terms of DMN deactivation. Behavioral effects were observed when separating a group with the best learners in an overall measure of attention and specifically in the task-switching ability, controlled by a test-retest group performing the same behavioral tests battery. Neurofeedback-induced functional connectivity changes were also observed in multiple brain regions positively and negatively related to attention. Although the behavioral effects were no longer present two months after training, participants still held the learned ability of controlling self-regulation of the concerned networks. This approach potentially provides a non-invasive and non-pharmacological tool to deliver general enhancements in the attention ability for healthy subjects and it can be potentially beneficial to many neurological and psychiatric patients. We also show in this thesis compelling evidence that brain regions definition and other experimental parameters are crucial for inducing learning of self-regulation via fMRI-neurofeedback, in a similar study also considering differential signal of attention-related competitive networks. We finally present Personode, a useful, easy to use, and open access toolbox to neuroimaging researchers, for independent component analysis maps classification into canonical resting-state networks and regions-of--interest definition in individual and group levels. We also show that the toolbox leads to better results for task-induced activation and functional connectivity analyses. / A atenção é uma função mental crucial na vida cotidiana, mas infelizmente distrai-se facilmente. Os fundamentos cerebrais que sustentam a atenção, a chamada rede de atenção, foram satisfatoriamente identificados, assim como os fundamentos cerebrais que sustentam a divagação, a chamada rede de modo padrão. Entretanto, embora tais processos sejam conhecidos, este conhecimento ainda não foi transformado em protocolos avançados de treinamento de atenção baseado na atividade cerebral. Portanto, é proposto o uso de uma nova técnica baseada em imageamento por ressonância funcional (fMRI) em tempo real para proporcionar aos indivíduos informação sobre os níveis de atividade cerebral atuais nas redes de atenção e de modo padrão. Segundo nosso conhecimento atual, esse é o primeiro estudo a mostrar que, com o auxílio do neurofeedback baseado em fMRI, indivíduos podem aprender como melhorar o controle da ativação da rede de atenção e da desativação da rede de modo padrão ao mesmo tempo. Este processo de treinamento poderia ser explicado principalmente em termos da desativação da rede de modo padrão. Efeitos comportamentais foram observados, ao separar um grupo com os melhores aprendizes, em uma medida de atenção geral e, especificamente, na habilidade de alternação de tarefas, controlado por um grupo teste-reteste realizando a mesma bateria de testes comportamentais. Alterações em conectividade funcional induzidas por neurofeedback foram também reveladas em múltiplas regiões cerebrais positiva e negativamente relacionadas à atenção. Embora os efeitos comportamentais não puderam ser constatados depois de dois meses após o treinamento, os participantes ainda mantiveram a habilidade de controlar a autorregulação das redes em questão. Esse método provê uma ferramenta não-invasiva e não-farmacológica para proporcionar melhorias gerais na habilidade de atenção para sujeitos saudáveis, o que pode ser potencialmente benéfico para muitos pacientes de desordens neurológicas e psiquiátricas. Nesta tese, são mostradas evidências convincentes de que a definição de redes cerebrais e outros parâmetros experimentais de neurofeedback baseado em fMRI são decisivos para a indução do aprendizado de autorregulação, em um estudo similar, também considerando o sinal diferencial de redes competitivas relacionadas à atenção. Finalmente, é apresentado Personode, uma ferramenta útil, de fácil utilização e de livre acesso direcionado a pesquisadores em neuroimagem, para classificação de mapas produzidos por uma análise de componentes independentes em redes de repouso canônicas e definições de regiões de interesse em níveis individuais e de grupo. É também mostrado que a ferramenta conduz a melhores resultados para análises de ativação induzida à tarefa e conectividade funcional.

Introdução: Apesar de ser uma intervenção potencialmente promissora para melhorar a cognição em sujeitos com comprometimento cognitivo leve (CCL), os efeitos do treinamento aeróbio (TA) no metabolismo regional de glicose (MRG) no cérebro ainda são pouco conhecidos. Objetivo: Avaliar os efeitos do TA na cognição e no MRG cerebral em sujeitos com CCL, usando tomografia por emissão de pósitrons com 18F - fluordesoxiglicose (PET-18FDG). Métodos: Sessenta e cinco sujeitos com CCL realizaram um programa de TA de intensidade moderada, duas vezes por semana, durante 24 semanas. Uma avaliação cognitiva com a escala Alzheimer\'s Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale (ADAS-Cog) e outra do metabolismo cerebral em repouso com o PET-18FDG foram realizadas antes e depois da intervenção. A capacidade aeróbia foi comparada utilizando o consumo máximo de oxigênio (VO2 máx.) medido em mL/kg/min. Os dados de PET-18FDG foram analisados voxel por voxel com o programa SPM8 (limiar: p < 0,001 não corrigido, tamanho de agrupamento >= 50 voxels). Uma técnica de modelação de equações estruturais foi usada para criar um modelo para explorar as mudanças no MRG cerebral em repouso depois do programa de TA. Resultados: Comparações com testes t pareados revelaram melhora nos valores da escala ADAS-Cog (diferença média: -2,4 (3,5), p < 0,001) e no VO2 máx. (diferença média: 1,4 (2,3) mL/kg/min, p < 0,001). A análise metabólica do cérebro constatou uma redução bilateral do MRG em ambos os polos temporais anteriores, no giro frontal inferior esquerdo, no giro do cíngulo anterior esquerdo, no hipocampo direito, no giro frontal médio esquerdo e nos núcleos caudados bilaterais. Em contraste, houve um aumento do MRG no precuneus direito e no giro frontal inferior esquerdo. Um modelo de confirmação de fatores foi usado para criar variáveis latentes que refletem a rede de saliência (RS) e a rede de modo padrão (default mode network (DMN)) com base em regiões com mudanças no MRG encontradas depois do TA. Uma análise de caminhos foi utilizada para testar a hipótese de que o TA poderia induzir mudanças (diminuição) do MRG em regiões da RS. Essa redução pode refletir um aumento da eficiência da rede e, consequentemente, um melhor controle sobre outras redes. Em última instância, essa mudança induziria um aumento do MRG no precuneus, um importante nó da DMN. Os valores de adequação do modelo atingiram significância estatística, demonstrando que esse modelo explica a variância dos dados medidos. Conclusão: O TA melhorou a cognição e alterou o MRG em regiões da DMN e da rede de saliência em sujeitos com CCL / Background: Despite being a potentially promising intervention to improve cognition in subjects with mild cognitive impairment (MCI), the effects of aerobic training (AT) on regional brain glucose metabolism (rBGM) are not yet entirely understood. Objective: To evaluate the effects of AT on cognition and rBGM in subjects with MCI using 18FDG-PET. Methods: Sixty-five subjects with MCI performed a twice-a-week, moderate intensity, AT program for 24 weeks. Assessment with the ADAS-Cog (Alzheimer\'s Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale) and evaluation of rBGM with 18FDG-PET were performed before and after the intervention. Aerobic capacity was compared using the relative maximal oxygen consumption (VO2 max) measured in mL/Kg/min. 18FDG-PET data were analyzed on a voxel-by-voxel basis with SPM8 (threshold: uncorrected p < 0.001, cluster size >= 50 voxels). Structural equation modeling was used to create a model to explore the changes of resting-state rBGM after the AT program. Results: Comparisons using paired t-tests revealed improvements in the ADAS-Cog (mean difference: -2.4 (3.5), p < 0.001) and VO2 max scores (mean difference: 1.4 (2.3) mL/kg/min, p < 0.001). Brain metabolic analysis revealed a bilateral reduction of rBGM in both anterior temporal poles, left inferior frontal gyrus, left anterior cingulate cortex, right hippocampus, left middle frontal gyrus and bilateral caudate nuclei. In contrast, there was an increase in rBGM in the right precuneus and left inferior frontal gyrus. Confirmatory factor analysis was used to create latent variables reflecting the salience network (SN) and default mode network (DMN) based on regions with rBGM changes found after the AT. A path model analysis was used to test the hypothesis that AT would induce rBGM changes (decrease) in regions of the SN. This decrement may reflect improved efficacy and consequently, better control over other networks. Ultimately, these changes would induce an increment in rBGM in the precuneus, an important node of the DMN. Values of model fit reached statistical significance, demonstrating that this model explain the variance of the measured data. Conclusion: AT improved cognition and changed rBGM measured with 18FDG-PET in nodes od the DMN and SN in subjects with MCI

Introdução: Apesar de ser uma intervenção potencialmente promissora para melhorar a cognição em sujeitos com comprometimento cognitivo leve (CCL), os efeitos do treinamento aeróbio (TA) no metabolismo regional de glicose (MRG) no cérebro ainda são pouco conhecidos. Objetivo: Avaliar os efeitos do TA na cognição e no MRG cerebral em sujeitos com CCL, usando tomografia por emissão de pósitrons com 18F - fluordesoxiglicose (PET-18FDG). Métodos: Sessenta e cinco sujeitos com CCL realizaram um programa de TA de intensidade moderada, duas vezes por semana, durante 24 semanas. Uma avaliação cognitiva com a escala Alzheimer\'s Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale (ADAS-Cog) e outra do metabolismo cerebral em repouso com o PET-18FDG foram realizadas antes e depois da intervenção. A capacidade aeróbia foi comparada utilizando o consumo máximo de oxigênio (VO2 máx.) medido em mL/kg/min. Os dados de PET-18FDG foram analisados voxel por voxel com o programa SPM8 (limiar: p < 0,001 não corrigido, tamanho de agrupamento >= 50 voxels). Uma técnica de modelação de equações estruturais foi usada para criar um modelo para explorar as mudanças no MRG cerebral em repouso depois do programa de TA. Resultados: Comparações com testes t pareados revelaram melhora nos valores da escala ADAS-Cog (diferença média: -2,4 (3,5), p < 0,001) e no VO2 máx. (diferença média: 1,4 (2,3) mL/kg/min, p < 0,001). A análise metabólica do cérebro constatou uma redução bilateral do MRG em ambos os polos temporais anteriores, no giro frontal inferior esquerdo, no giro do cíngulo anterior esquerdo, no hipocampo direito, no giro frontal médio esquerdo e nos núcleos caudados bilaterais. Em contraste, houve um aumento do MRG no precuneus direito e no giro frontal inferior esquerdo. Um modelo de confirmação de fatores foi usado para criar variáveis latentes que refletem a rede de saliência (RS) e a rede de modo padrão (default mode network (DMN)) com base em regiões com mudanças no MRG encontradas depois do TA. Uma análise de caminhos foi utilizada para testar a hipótese de que o TA poderia induzir mudanças (diminuição) do MRG em regiões da RS. Essa redução pode refletir um aumento da eficiência da rede e, consequentemente, um melhor controle sobre outras redes. Em última instância, essa mudança induziria um aumento do MRG no precuneus, um importante nó da DMN. Os valores de adequação do modelo atingiram significância estatística, demonstrando que esse modelo explica a variância dos dados medidos. Conclusão: O TA melhorou a cognição e alterou o MRG em regiões da DMN e da rede de saliência em sujeitos com CCL / Background: Despite being a potentially promising intervention to improve cognition in subjects with mild cognitive impairment (MCI), the effects of aerobic training (AT) on regional brain glucose metabolism (rBGM) are not yet entirely understood. Objective: To evaluate the effects of AT on cognition and rBGM in subjects with MCI using 18FDG-PET. Methods: Sixty-five subjects with MCI performed a twice-a-week, moderate intensity, AT program for 24 weeks. Assessment with the ADAS-Cog (Alzheimer\'s Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale) and evaluation of rBGM with 18FDG-PET were performed before and after the intervention. Aerobic capacity was compared using the relative maximal oxygen consumption (VO2 max) measured in mL/Kg/min. 18FDG-PET data were analyzed on a voxel-by-voxel basis with SPM8 (threshold: uncorrected p < 0.001, cluster size >= 50 voxels). Structural equation modeling was used to create a model to explore the changes of resting-state rBGM after the AT program. Results: Comparisons using paired t-tests revealed improvements in the ADAS-Cog (mean difference: -2.4 (3.5), p < 0.001) and VO2 max scores (mean difference: 1.4 (2.3) mL/kg/min, p < 0.001). Brain metabolic analysis revealed a bilateral reduction of rBGM in both anterior temporal poles, left inferior frontal gyrus, left anterior cingulate cortex, right hippocampus, left middle frontal gyrus and bilateral caudate nuclei. In contrast, there was an increase in rBGM in the right precuneus and left inferior frontal gyrus. Confirmatory factor analysis was used to create latent variables reflecting the salience network (SN) and default mode network (DMN) based on regions with rBGM changes found after the AT. A path model analysis was used to test the hypothesis that AT would induce rBGM changes (decrease) in regions of the SN. This decrement may reflect improved efficacy and consequently, better control over other networks. Ultimately, these changes would induce an increment in rBGM in the precuneus, an important node of the DMN. Values of model fit reached statistical significance, demonstrating that this model explain the variance of the measured data. Conclusion: AT improved cognition and changed rBGM measured with 18FDG-PET in nodes od the DMN and SN in subjects with MCI