A teoria de redes complexas se consolidou nos últimos anos, graças ao seu potencial como ferramenta versátil no estudo de diversos sistemas discretos. É possível enumerar aplicações em áreas tão distintas como engenharia, sociologia, computação, linguística e biologia. Tem merecido atenção, por exemplo, o estudo da organização estrutural do cérebro, tanto em nível microscópico (em nível de neurônios) como regional (regiões corticais). Acredita-se que tal organização visa otimizar a dinâmica, favorecendo processos como sincronização e processamento paralelo. Estrutura e funcionamento, portanto, estão relacionados. Tal relação é abordada pela teoria de redes complexas nos mais diversos sistemas, sendo possivelmente seu principal objeto de estudo. Neste trabalho exploramos as relações entre aspectos estruturais de redes neuronais e corticais e a atividade nas mesmas. Especificamente, estudamos como a interconectividade entre o córtex e o tálamo pode interferir em estados de ativação do último, considerando-se o sistema tálamo-cortical do gato bem como alguns modelos para geração de rede encontrados na literatura. Também abordamos a relação entre a morfologia individual de neurônios e a conectividade em redes neuronais, e consequentemente o impacto da forma neuronal em dinâmicas atuando sobre tais redes e a eficiência das mesmas no transporte de informação. Como tal eficiência pode ter como consequência a facilitação de processos maléficos às redes, como por exemplo, ataques causados por vírus neurotrópicos, também exploramos possíveis correlações entre características individuais dos elementos que formam as redes complexas e danos causados por processos infecciosos iniciados nos mesmos. / Complex network theory has been consolidated along the last years, owing to its potential as a versatile framework for the study of diverse discrete systems. It is possible to enumerate applications in fields as distinct as Engineering, Sociology, Computing, Linguistics and Biology, to name a few. For instance, the study of the structural organization of the brain at the microscopic level (neurons), as well as at regional level (cortical areas), has deserved attention. It is believed that such organization aims at optimizing the dynamics, supporting processes like synchronization and parallel processing. Structure and functioning are thus interrelated. Such relation has been addressed by complex network theory in diverse systems, possibly being its main subject. In this thesis we explore the relations between structural aspects and the activity in cortical and neuronal networks. Specifically, we study how the interconnectivity between the cortex and thalamus can interfere in activation states of the latter, taking into consideration the thalamocortical system of the cat, along with networks generated through models found in literature. We also address the relation between the individual morphology of the neurons and the connectivity in neuronal networks, and consequently the effect of the neuronal shape on dynamic processes actuating over such networks and on their efficiency on information transport. As such efficiency can consequently facilitate prejudicial processes on the networks, e.g. attacks promoted by neurotropic viruses, we also explore possible correlations between individual characteristics of the elements forming such systems and the damage caused by infectious processes started at these elements.

A teoria de redes complexas se consolidou nos últimos anos, graças ao seu potencial como ferramenta versátil no estudo de diversos sistemas discretos. É possível enumerar aplicações em áreas tão distintas como engenharia, sociologia, computação, linguística e biologia. Tem merecido atenção, por exemplo, o estudo da organização estrutural do cérebro, tanto em nível microscópico (em nível de neurônios) como regional (regiões corticais). Acredita-se que tal organização visa otimizar a dinâmica, favorecendo processos como sincronização e processamento paralelo. Estrutura e funcionamento, portanto, estão relacionados. Tal relação é abordada pela teoria de redes complexas nos mais diversos sistemas, sendo possivelmente seu principal objeto de estudo. Neste trabalho exploramos as relações entre aspectos estruturais de redes neuronais e corticais e a atividade nas mesmas. Especificamente, estudamos como a interconectividade entre o córtex e o tálamo pode interferir em estados de ativação do último, considerando-se o sistema tálamo-cortical do gato bem como alguns modelos para geração de rede encontrados na literatura. Também abordamos a relação entre a morfologia individual de neurônios e a conectividade em redes neuronais, e consequentemente o impacto da forma neuronal em dinâmicas atuando sobre tais redes e a eficiência das mesmas no transporte de informação. Como tal eficiência pode ter como consequência a facilitação de processos maléficos às redes, como por exemplo, ataques causados por vírus neurotrópicos, também exploramos possíveis correlações entre características individuais dos elementos que formam as redes complexas e danos causados por processos infecciosos iniciados nos mesmos. / Complex network theory has been consolidated along the last years, owing to its potential as a versatile framework for the study of diverse discrete systems. It is possible to enumerate applications in fields as distinct as Engineering, Sociology, Computing, Linguistics and Biology, to name a few. For instance, the study of the structural organization of the brain at the microscopic level (neurons), as well as at regional level (cortical areas), has deserved attention. It is believed that such organization aims at optimizing the dynamics, supporting processes like synchronization and parallel processing. Structure and functioning are thus interrelated. Such relation has been addressed by complex network theory in diverse systems, possibly being its main subject. In this thesis we explore the relations between structural aspects and the activity in cortical and neuronal networks. Specifically, we study how the interconnectivity between the cortex and thalamus can interfere in activation states of the latter, taking into consideration the thalamocortical system of the cat, along with networks generated through models found in literature. We also address the relation between the individual morphology of the neurons and the connectivity in neuronal networks, and consequently the effect of the neuronal shape on dynamic processes actuating over such networks and on their efficiency on information transport. As such efficiency can consequently facilitate prejudicial processes on the networks, e.g. attacks promoted by neurotropic viruses, we also explore possible correlations between individual characteristics of the elements forming such systems and the damage caused by infectious processes started at these elements.

Submitted by ROBERTO PAULO CORREIA DE ARAÚJO (ppgorgsistem@ufba.br) on 2016-07-11T11:54:19Z No. of bitstreams: 1 Camila Souza Alves Cosmo.pdf: 3354635 bytes, checksum: 171d9c1f9164ff1fbf2ff3c15176e1c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-11T11:54:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camila Souza Alves Cosmo.pdf: 3354635 bytes, checksum: 171d9c1f9164ff1fbf2ff3c15176e1c7 (MD5) / Current standardized treatments for cognitive impairments in attention deficit–hyperactivity disorderare still narrow and have restricted effectiveness. Transcranial direct current stimulation is a promising tool for enhancing cognitive performance in several neuropsychiatric disorders. Nevertheless, there is still no information about the effectiveness of transcranial direct current stimulation for reducing cognitive impairments in attention deficit–hyperactivity disorderpatients. In this context, it wasconducted a parallel, randomized, double-blinded, sham-controlled trial to examine the efficacy of transcranial direct current stimulation on the modulation of inhibitory control in adults with attention deficit–hyperactivity disorder. Patients performed a Go/no go task before and after a single session of either active anodal stimulation (1mA) over the left dorsolateral prefrontal cortex or sham stimulation. As a secondary objective it wasinvestigated a functional cortical networks model based on electroencephalographic activity for studying the cortical excitability modulated by tDCS, in this population.Patients underwent EEG recording during 5 minutes, in a resting state, followed by Go/no go tasks before and after a single session of either active anodal stimulation (1mA) over the left dorsolateral prefrontal cortex or sham stimulation.A nonparametric two-sample Wilcoxon rank-sum (Mann-Whitney) test revealed no significant differences between the two groups on behavioral performance of the Go/no go tasks. Furthermore, the effect sizes of group differences after the treatment were small-to-moderate for correct responses (Cohen’s d= -.13; 95% CI, -.5 to .25), impulsivity errors (Cohen’s d= -. 47; 95% CI, -.84 to .09), and omissions (Cohen’s d= .3; 95% CI, -.08 to .68). Comparing the node-weighted degreewithin groups regarding the pre and post intervention, the active group presented a significant difference on the electrodes located on the target and correlated areas, while for the sham group it was not detected any significant result (P > 0.05; Paired-sample Wilcoxon signed rank test). No adverse events due to the stimulation were reported.Although previous clinical trials have already shown that transcranial direct current stimulation may bereliable for enhancement of cognitive performance, the presentfindings do not support anodal stimulation over left dorsolateral prefrontal cortex as an approach to enhance inhibitory control in attention deficit–hyperactivity disorderpatients. Anotherimportant aspect evidenced by thistrial is a spreading of the modulatory activity of tDCS in these subjects, contradicting some preceding reports about the possible selectivity of this technique. To our knowledge, this is the first clinical study assessing the cognitive effects of transcranial direct current stimulation in attention deficit–hyperactivity disordersubjects. Further research is necessary to assess clinical efficacy of transcranial direct current stimulation in this population as well as thedistribution and physiological mechanisms under the modulatory effects of tDCS. / Atuais abordagens terapêuticas para disfunções cognitivas em transtorno do déficit de atenção e hiperatividade ainda são limitadas e apresentam restrita eficácia. A estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é uma ferramenta promissora para otimizar o desempenho cognitivo em vários distúrbios neuropsiquiátricos. No entanto, ainda não há informações sobre a eficácia da estimulação transcraniana por corrente contínua na minimização de prejuízos cognitivos em pacientes com transtorno de déficit de atenção e hiperatividade. Neste contexto, procedeu-se um estudo paralelo, randomizado, duplo-cego, controlado por procedimento sham, para examinar a eficácia da estimulação transcraniana por corrente direta na modulação do controle inibitório em adultos com transtorno de déficit de atenção e hiperatividade. Como objetivo secundário, investigou-se a excitabilidade cortical modulada por ETCC através de um modelo de redes corticais funcionais com base na atividade eletroencefalográfica, nesta população. Os pacientes foram submetidos a registro de EEG durante 5 minutos, em repouso, seguido pela realização de tarefas Go / no go, antes e após uma única sessão de ETCC anodal (1 mA) sobre o córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo, ou estimulação sham. O teste não paramétrico Wilcoxon rank-sum (MannWhitney) não revelou diferenças significativas entre os dois grupos no desempenho comportamental nas tarefas Go/ no go. Além disso, os tamanhos de efeito considerando as diferenças entre os grupos, após o tratamento, foram pequenos a moderados para as respostas corretas (d de Cohen= - 0,13; IC de 95%, - 0,5 a 0,25), erros de impulsividade (d de Cohen= - 0,47; IC de 95%, -0,84 a 0,09), e omissões (d de Cohen= 0,3; IC de 95%, -0,08 a 0,68). Comparando o grau ponderado médio dos nós dentro dos grupos, pré e pós intervenção, o grupo ativo apresentou diferença significativa nos eletrodos localizados na área estimulada e correlatas, enquanto no grupo sham não foram detectados resultados significativos (P> 0,05; teste de Wilcoxon para amostras pareadas). Não foram relatados eventos adversos associados à estimulação. Embora estudos clínicos prévios tenham sugerido a estimulação transcraniana por corrente contínua como um método viável para o aprimoramento do desempenho cognitivo, os referidos resultados não suportam a estimulação anódica sobre o córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo como uma abordagem viável para aprimoramento do controle inibitório, em pacientes com transtorno do déficit de atenção e hiperatividade. Outro importante aspecto evidenciado pelo presente ensaio clínico é a propagação da atividade moduladora da ETCC nestes indivíduos, contrariando alguns relatos anteriores de uma possível seletividade desta técnica. Este é o primeiro estudo clínico, segundo conhecimento, avaliando os efeitos cognitivos da estimulação transcraniana por corrente direta em indivíduos com transtorno do déficit de atenção e hiperatividade. Mais pesquisas são necessárias para avaliar a eficácia clínica da estimulação transcraniana por corrente direta nessa população, assim como a distribuição e mecanismos fisiológicos associados aos efeitos modulatórios da ETCC.