A percepção de esforço (PSE) e a fadiga tem grande participação do cérebro durante o exercício físico, no entanto, pouco se sabe quanto às áreas associadas a essas respostas. Dessa forma, o presente estudo teve como objetivo identificar e comparar as áreas cerebrais associadas à percepção de esforço durante exercício de ciclismo em diferentes intensidades e níveis de treinamento. Participaram do estudo 24 sujeitos adultos; 12 ciclistas (75,6 ± 8,4 kg; 175 ± 5,3 cm; 24,4 ± 7,1 anos; atividade física 5,4 ± 1,5 vezes por semana) e 12 não ciclistas (treinados) (79,7 ± 10,5 kg; 177 ± 9,1 cm; 27,4 ± 4,8 anos; atividade física 2,3 ± 1,3 vezes por semana). Os sujeitos foram posicionados ao ergômetro de ciclismo acoplado a ressonância magnética e realizaram um teste intervalado de carga incremental constituído por blocos de 30 s intervalados por 30 s de repouso. Ao término de cada bloco a percepção de esforço foi reportada. As análises comparativas das imagens foram todas geradas no Matlab através dos softwares SPM e NCA. Foi considerado para análise das imagens o período de 4 s imediatamente ao final de cada bloco de exercício com o objetivo de verificar as áreas relacionadas com o processamento da PSE. As seguintes áreas relacionadas à percepção de esforço foram ativadas: giro cingulado, giro pré-central, giro pós-central, giro frontal superior, giro frontal superior, lóbulo superior parietal, giro lingual, giro temporal médio, giro frontal médio, precuneus, cuneus e cerebelo. De forma complementar, as áreas inibidas foram: giro angular, giro temporal superior, giro temporal médio, giro pré-central, giro temporal superior, giro frontal médio, giro occipital médio, giro lingual, lóbulo paracentral, precuneus e tálamo. Essas áreas ativadas e inibidas estão associadas a uma resposta cognitiva, ou seja, o momento que o indivíduo reportava a percepção de esforço diante de um protocolo de exercício incremental, considerando todas as intensidades. Em intensidades baixas houve ativação do cerebelo e giro pós-central, e inibição do giro frontal médio e giro temporal superior. Em intensidades altas, houve uma ativação do giro cingulado e inibição do giro angular e precuneus. Na comparação entre as intensidades podemos destacar que em intensidades baixas houve maior ativação do lóbulo parietal superior. Por outro lado, em intensidades altas houve maior inibição do giro angular, cingulado posterior, lóbulo parietal inferior e precuneus. Quando comparados indivíduos ciclistas e saudáveis houve uma maior ativação do giro pré-central e maior inibição do giro pré-central, giro temporal inferior e cerebelo nos ciclistas considerando todas as intensidades. Por fim, na comparação entre ciclistas e treinados, nas intensidades altas houve maior inibição do giro temporal médio (giro fusiforme) nos ciclistas. As áreas cerebrais, ativadas e inibidas, associadas à percepção de esforço estão relacionadas à área motora, pré-motora, motor suplementar somatossensoriais, controle emocional, processamento de atenção, linguagem, auditivas, integração de informação, gerenciamento de memória, planejamento e resolução de problemas e cognitiva. Em intensidades baixas, áreas motoras e somatossensorias foram ativadas e houve inibição de área pré-frontal e auditiva. Por outro lado, em intensidades altas, foram ativadas áreas relacionadas com o controle de emoções e foram inibidas áreas relacionadas ao processamento de linguagem e memória episódica. Entre ciclistas e não ciclistas, houve maior ativação de área motora e maior inibição de área somatossensorial, processamento de atenção e motora / Perception of effort and fatigue are widely represented in the brain during exercise, however, the information is not clear about the areas associated with these responses. Thus, this study aimed to identify and compare the brain areas associated with perception of effort during cycling exercise at different intensities and levels of training. This study included 24 adult subjects; 12 cyclists (75.6 ± 8.4 kg, height 175 cm ± 5.3, 24.4 ± 7.1 years; physical activity 5.4 ± 1.5 times per week) and 12 non-cyclists (trained) (79.7 ± 10.5 kg; 177 cm ± 9.1, 27.4 ± 4.8 years; physical activity 2.3 ± 1.3 times per week). Subjects were positioned to cycling ergometer coupled to magnetic resonance equipment and performed an incremental load interval test comprising blocks 30 s intervals for 30 s rest. At the end of each block, the perception of effort was reported. Comparative analysis of the images was all generated in Matlab using the SPM and NCA software. The following areas related to perceived exertion were activated: cingulate gyrus, precentral gyrus, post-central gyrus, superior frontal gyrus, superior frontal gyrus, parietal upper lobe, gyrus lingual, middle temporal gyrus, middle frontal gyrus, precuneus, cuneus and cerebellum. Complementarily, these were inhibited areas: angular gyrus, superior temporal gyrus, middle temporal gyrus, precentral gyrus, superior temporal gyrus, middle frontal gyrus, middle occipital gyrus, gyrus lingual, paracentral lobule, precuneus and thalamus. These activated and inhibited areas are related to cognitive response, when the individual reported the perceived exertion on an incremental exercise protocol, considering all intensities. At low intensities, there was activation of the cerebellum and post-central gyrus, and inhibition of the middle frontal gyrus and superior temporal gyrus. At high intensities, there was an activation of the cingulate gyrus and inhibition of angular and precuneus spin. Comparing the intensities, there was greater activation in the superior parietal lobe at low intensities. On the other hand, high intensity demonstrated greater inhibition of the angular gyrus, posterior cingulate, inferior parietal lobule and precuneus. Compared trained and healthy individuals there was a greater activation of the precentral gyrus and greater inhibition of pre-central gyrus, inferior temporal gyrus and cerebellum in trained subjects considering all intensities. Finally, comparing trained healthy subjects at high intensities there was greater inhibition of medial temporal gyrus (fusiform gyrus) in trained individuals. The brain areas, activated and inhibited, associated with the perception of effort are related to motor, pre-motor, somatosensory supplemental motor, emotional control, attention processing, language, auditory, information integration, memory management, planning and resolution problems and cognitive. At low intensities, motor and somatosensory areas were activated and there was inhibition of the prefrontal and auditory area. On the other hand, at high intensities, areas related to the control of emotions were activated and areas related to language processing and episodic memory were inhibited. Between cyclists and non-cyclists, there was greater activation of motor area and greater inhibition of somatosensory area, attention and motor processing

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MapeamentoRegioesAtivacao.pdf: 4851932 bytes, checksum: 3b8366e69b1c85464708a76bd5501025 (MD5) Previous issue date: 2013 / INTRODUÇÃO: A deglutição é um processo fisiológico complexo que acontece por uma sequência motora automática, regulada por um complicado mecanismo neuromotor e neuromuscular que é iniciado de maneira consciente e é resultado da integridade anatômica e funcional de diversas estruturas faciais. É de extrema importância para a nutrição do organismo como um todo. Um dos maiores desafios no campo das ciências é identificar os substratos neurais de comportamentos fisiológicos, incluindo esse processo de deglutição. O desenvolvimento da tecnologia em neuroimagem funcional nos últimos anos está provocando um rápido avanço no conhecimento de funções cerebrais, o que resultou numa explosão de novos achados em neurociência. OBJETIVO: Mapear as regiões de ativação cerebral durante o fenômeno da deglutição por meio do exame de ressonância magnética funcional. MÉTODO: Participaram do estudo quatro indivíduos do sexo feminino, com idade entre 18 e 30 anos, sem alterações neurológicas, estruturais e alimentares. Após a aprovação da Instituição (Clínica Lobo), do Comité de Ética e Pesquisa do Instituto de Ciências da Saúde (ICS) e a aprovação escrita de cada paciente através do termo de consentimento livre e esclarecido, foram submetidos a quatro provas deglutórias, utilizando a técnica de ressonância magnética funcional. RESULTADOS: Foi possível a determinação da ativação dos hemisférios cerebrais e cerebelares e as especificas áreas que os compõem. Mesmo com uma amostragem pequena, os resultados das análises individuais mostraram padrões de acordo com a literatura, conjuntamente com dados novos. DISCUSSÃO: O cerebelo é responsável pela coordenação da ação motora e manutenção da harmonia dos movimentos, posição e equilíbrio do bolo alimentar; o bolbo raquidiano juntamente com o tronco cerebral constitui o centro de atividades reflexas que controla funções ou respostas orgânicas automáticas como a deglutição; o mesencéfalo é a parte do encéfalo que coordena a informação visual; o tálamo encaminha quase todo o tipo de informação sensorial para as zonas específicas do córtex cerebral; o hipotálamo, importante na experimentação das sensações de prazer, regula as funções homeostáticas do corpo, gustação, olfação, salivação, interagindo com o sistema nervoso autônomo e o sistema límbico está ligado ao controle e direção das reações emocionais, sob a ação da amígdala, no processamento de odores e no armazenamento de conteúdos da memória, aqui através do hipocampo. CONCLUSÃO: O ato de deglutir é um processo complexo, ativando muitas áreas cerebrais, dentre elas podemos destacar a gustativa, mental/visual e a olfativa e que é iniciado muito antes dos processos mecânicos envolvidos, conforme demonstrado pelas áreas corticais e subcorticais ativadas. A área olfativa foi a mais notadamente destacada nas imagens colhidas pela Rmf. / INTRODUCTION: Swallowing is a complex physiological process that happens for a motor sequence automatically regulated by a complex mechanism that neuromotor and neuromuscular starts consciously and is the result of anatomical and functional integrity of different facial structures. It is of utmost importance for the nutrition of the organism as a whole. And one of the biggest challenges in the field of science is to identify the neural substrates of physiological parameters, including the process of swallowing. The development of technology for functional neuroimaging in recent years is causing a rapid advancement in the knowledge of brain function, resulting in an explosion of new findings in neuroscience. OBJECTIVE: To map the regions of brain activation during swallowing phenomenon by examining fMRI. METHOD: The study included four females, aged between 18 and 30 years old without neurological, structural and food. After approval of the institution (Clínica Lobo), the Committee of Ethics and Research Institute of Health Sciences (ICS) and the written approval of each patient through the term of free and informed consent, underwent four swallowing tests deglutórias using the technique functional MRI. RESULTS: It was possible to determine the activation of the cerebral and cerebellar hemispheres and specific areas that compose them. Even with a small sample, the results of the individual analysis showed patterns according to the literature, together with new data. DISCUSSION: The cerebellum is responsible for the coordination of motor action and maintaining harmony of movements, position and balance of the bolus, the medulla along with the brainstem is the center of activity reflex that controls automatic functions or bodily responses like swallowing; midbrain is the part of the brain that coordinates the visual information; thalamus forwards almost any type of sensory information to specific areas of the cerebral cortex, hypothalamus, important in testing pleasure sensations, regulates the homeostatic functions of the body, taste , olfaction, salivation, interacting with the autonomic nervous system and the limbic system is connected to the control and direction of emotional reactions, under the action of the amygdala in processing odors and storing memory contents, here through the hippocampus. CONCLUSION: The act of swallowing is a complex process, activating many brain areas, among which we highlight the taste, mental / visual and olfactory and that starts long before the mechanical processes involved, as demonstrated by the cortical and subcortical areas activated. The olfactory area was most notably highlighted in the pictures taken by Rmf.

A percepção de esforço (PSE) e a fadiga tem grande participação do cérebro durante o exercício físico, no entanto, pouco se sabe quanto às áreas associadas a essas respostas. Dessa forma, o presente estudo teve como objetivo identificar e comparar as áreas cerebrais associadas à percepção de esforço durante exercício de ciclismo em diferentes intensidades e níveis de treinamento. Participaram do estudo 24 sujeitos adultos; 12 ciclistas (75,6 ± 8,4 kg; 175 ± 5,3 cm; 24,4 ± 7,1 anos; atividade física 5,4 ± 1,5 vezes por semana) e 12 não ciclistas (treinados) (79,7 ± 10,5 kg; 177 ± 9,1 cm; 27,4 ± 4,8 anos; atividade física 2,3 ± 1,3 vezes por semana). Os sujeitos foram posicionados ao ergômetro de ciclismo acoplado a ressonância magnética e realizaram um teste intervalado de carga incremental constituído por blocos de 30 s intervalados por 30 s de repouso. Ao término de cada bloco a percepção de esforço foi reportada. As análises comparativas das imagens foram todas geradas no Matlab através dos softwares SPM e NCA. Foi considerado para análise das imagens o período de 4 s imediatamente ao final de cada bloco de exercício com o objetivo de verificar as áreas relacionadas com o processamento da PSE. As seguintes áreas relacionadas à percepção de esforço foram ativadas: giro cingulado, giro pré-central, giro pós-central, giro frontal superior, giro frontal superior, lóbulo superior parietal, giro lingual, giro temporal médio, giro frontal médio, precuneus, cuneus e cerebelo. De forma complementar, as áreas inibidas foram: giro angular, giro temporal superior, giro temporal médio, giro pré-central, giro temporal superior, giro frontal médio, giro occipital médio, giro lingual, lóbulo paracentral, precuneus e tálamo. Essas áreas ativadas e inibidas estão associadas a uma resposta cognitiva, ou seja, o momento que o indivíduo reportava a percepção de esforço diante de um protocolo de exercício incremental, considerando todas as intensidades. Em intensidades baixas houve ativação do cerebelo e giro pós-central, e inibição do giro frontal médio e giro temporal superior. Em intensidades altas, houve uma ativação do giro cingulado e inibição do giro angular e precuneus. Na comparação entre as intensidades podemos destacar que em intensidades baixas houve maior ativação do lóbulo parietal superior. Por outro lado, em intensidades altas houve maior inibição do giro angular, cingulado posterior, lóbulo parietal inferior e precuneus. Quando comparados indivíduos ciclistas e saudáveis houve uma maior ativação do giro pré-central e maior inibição do giro pré-central, giro temporal inferior e cerebelo nos ciclistas considerando todas as intensidades. Por fim, na comparação entre ciclistas e treinados, nas intensidades altas houve maior inibição do giro temporal médio (giro fusiforme) nos ciclistas. As áreas cerebrais, ativadas e inibidas, associadas à percepção de esforço estão relacionadas à área motora, pré-motora, motor suplementar somatossensoriais, controle emocional, processamento de atenção, linguagem, auditivas, integração de informação, gerenciamento de memória, planejamento e resolução de problemas e cognitiva. Em intensidades baixas, áreas motoras e somatossensorias foram ativadas e houve inibição de área pré-frontal e auditiva. Por outro lado, em intensidades altas, foram ativadas áreas relacionadas com o controle de emoções e foram inibidas áreas relacionadas ao processamento de linguagem e memória episódica. Entre ciclistas e não ciclistas, houve maior ativação de área motora e maior inibição de área somatossensorial, processamento de atenção e motora / Perception of effort and fatigue are widely represented in the brain during exercise, however, the information is not clear about the areas associated with these responses. Thus, this study aimed to identify and compare the brain areas associated with perception of effort during cycling exercise at different intensities and levels of training. This study included 24 adult subjects; 12 cyclists (75.6 ± 8.4 kg, height 175 cm ± 5.3, 24.4 ± 7.1 years; physical activity 5.4 ± 1.5 times per week) and 12 non-cyclists (trained) (79.7 ± 10.5 kg; 177 cm ± 9.1, 27.4 ± 4.8 years; physical activity 2.3 ± 1.3 times per week). Subjects were positioned to cycling ergometer coupled to magnetic resonance equipment and performed an incremental load interval test comprising blocks 30 s intervals for 30 s rest. At the end of each block, the perception of effort was reported. Comparative analysis of the images was all generated in Matlab using the SPM and NCA software. The following areas related to perceived exertion were activated: cingulate gyrus, precentral gyrus, post-central gyrus, superior frontal gyrus, superior frontal gyrus, parietal upper lobe, gyrus lingual, middle temporal gyrus, middle frontal gyrus, precuneus, cuneus and cerebellum. Complementarily, these were inhibited areas: angular gyrus, superior temporal gyrus, middle temporal gyrus, precentral gyrus, superior temporal gyrus, middle frontal gyrus, middle occipital gyrus, gyrus lingual, paracentral lobule, precuneus and thalamus. These activated and inhibited areas are related to cognitive response, when the individual reported the perceived exertion on an incremental exercise protocol, considering all intensities. At low intensities, there was activation of the cerebellum and post-central gyrus, and inhibition of the middle frontal gyrus and superior temporal gyrus. At high intensities, there was an activation of the cingulate gyrus and inhibition of angular and precuneus spin. Comparing the intensities, there was greater activation in the superior parietal lobe at low intensities. On the other hand, high intensity demonstrated greater inhibition of the angular gyrus, posterior cingulate, inferior parietal lobule and precuneus. Compared trained and healthy individuals there was a greater activation of the precentral gyrus and greater inhibition of pre-central gyrus, inferior temporal gyrus and cerebellum in trained subjects considering all intensities. Finally, comparing trained healthy subjects at high intensities there was greater inhibition of medial temporal gyrus (fusiform gyrus) in trained individuals. The brain areas, activated and inhibited, associated with the perception of effort are related to motor, pre-motor, somatosensory supplemental motor, emotional control, attention processing, language, auditory, information integration, memory management, planning and resolution problems and cognitive. At low intensities, motor and somatosensory areas were activated and there was inhibition of the prefrontal and auditory area. On the other hand, at high intensities, areas related to the control of emotions were activated and areas related to language processing and episodic memory were inhibited. Between cyclists and non-cyclists, there was greater activation of motor area and greater inhibition of somatosensory area, attention and motor processing

Orientador: Gabriela Castellano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:04:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_CarlosSatoBaraldi_M.pdf: 2085782 bytes, checksum: 169421816d56753ab8dbb39c00e0a51f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A técnica de espectroscopia por ressonância magnética (MRS, do inglês Magnetic Resonance Spectroscopy)baseada no núcleo do hidrogênio (1 H -MRS)tem sido muito usada em estudos neurológicos na determinação de padrões metabólicos para várias patologias. A informação fornecida por esta técnica é única, pois permite monitorar níveis de metabólitos específicos, envolvidos em vários aspectos da função cerebral. Até o momento, a grande maioria dos estudos de 1 H -MRS in vivo têm sido "estáticos ", no sentido de que uma única medida é feita, sem se preocupar com informação temporal. Isso se deve à baixa razão sinal-ruído inerente a esta técnica, que obriga à realização de aquisições longas e médias temporais, sacrificando a resolução temporal. No entanto,o advento da técnica de ressonância magnética funcional e de outras técnicas de neuroimagem dinâmicas, que medem parâmetros dinâmicos como fluxo sanguíneo, taxa de oxigenação do sangue, atividades elétrica e magnética do cérebro, naturalmente fez surgir o interesse em se ter uma técnica que pudesse fornecer informação dinâmica sobre as vias metabólicas associadas à função cerebral - uma MRS funcional. O objetivo deste trabalho foi, portanto, verificar a viabilidade da utilização da técnica de MRS in vivo em experimentos funcionais, tendo sido o primeiro realizado nesta área, no Brasil. Para isso foi primeiramente realizado um estudo extensivo sobre os poucos trabalhos existentes na área e as bases bioquímicas da ativação neuronal. Em seguida, foram realizados experimentos e desenvolvidos vários métodos de análise para tentar detectar a variação temporal dos principais metabólitos presentes num espectro cerebral (N-acetil-aspartato total: NAA, Creatina total: Cre, grupo Colina: Cho, grupo Glutamato/Glutamina: Glx, e Lactato: Lac)em indivíduos saudáveis, durante um experimento com estímulo visual. Os experimentos apresentaram uma série de dificuldades, e não foi possível alcançar a alta resolução temporal desejada, sendo que a resolução média ficou na ordem de minutos -o que concorda, no entanto, com a maioria dos trabalhos encontrados na literatura. Não detectamos variações significativas nos níveis de NAA, Cre e Cho, o que também está de acordo com a maioria dos estudos encontrados na literatura. Por outro lado, foram encontradas variações nos níveis de Lac (que aumentaram com o estímulo, o que concorda com a literatura, porém não voltaram ao nível basal após o estímulo, o que não concorda), e variações nos níveis do grupo Glx (que aumentaram com o estímulo, voltando em seguida ao nível basal, o que concorda com a literatura). Embora os resultados encontrados não tenham sido totalmente concordantes com a literatura e não tenha sido possível melhorar a resolução temporal (em relação aos trabalhos da literatura), acreditamos que este trabalho deixa uma significativa contribuição através dos diversos protocolos experimentais e métodos de análise testados, e abre o caminho para pesquisas futuras na área / Abstract: The technique of Magnetic Resonance Spectroscopy using the hydrogen nucleus (1 H -MRS) has been widely used for neurologic research for determining metabolic patterns for many pathologies. The type of information provided by this technique is unique, since it allows monitoring specific metabolic concentrations involved in cerebral function.Until now, the majority of the in vivo 1 H -MRS studies have been "static ", meaning that data acquisition is done with no concern for temporal information. The reason for this is the low signal-to-noise ratio (SNR)inherent to this technique, which imposes long acquisitions and time averaging that sacrifices temporal resolution. However, the development of function Magnetic Resonance Imaging (fMRI)and other time resolved neuroimaging techniques, that measure dynamic parameters such as blood flow, blood oxygenation rate, electric and magnetic cerebral activity, naturally brought up the interest on a technique that would allow a time resolved measure of the specific metabolic concentrations involved on cerebral metabolism - something like a functional MRS. Therefore the goal of this work was to study the feasibility of using the in vivo MRS technique for functional experiments, being the .rst of its kind performed in Brazil.To do so,initially an extensive bibliographic research was done, to comprehend not only the details of these experiments but also the neurochemistry behind the MRS signal.Next, experiments were performed and many analysis methods were developed, in order to attempt to detect temporal variations of the main metabolites present on a typical cerebral spectrum (total N-acetyl-aspartic acid: NAA, total Creatine: Cre, total Choline: Cho, Glutamine/Glutamate group: Glx and Lactate: Lac) in healthy subjects, during a visual stimulation experiment. Those experiments presented a series of difficulties and the desired high temporal resolution was not attained, achieving an average resolution of minutes - the same resolution found on the majority of the works published. We did not detect any significant variation of the NAA, Cre or Cho levels, which supports the conclusions of other works published. On the other hand, we detected variations in the Lactate levels (which increased with the stimulus, as reported in other works, but did not return to base-line levels, which disagrees with the published works), and in the Glx levels (which increased with the stimulus, returning to baseline levels after it, which agrees with the published literature). Although the results found are not totally in agreement with the published literature and it was not possible to improve the temporal resolution (compared to published works), we believe that this work leaves a significant contribution to the field, through the experimental protocols and analysis methods tested, and opens paths for future research in this area / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Paula Teixeira Fernandes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Educação Física / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:11:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castanho_GabrielaKaiserFullin_M.pdf: 2680275 bytes, checksum: d8146be4deb23a380916dab5e59d52c2 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O consumo de carboidrato (CHO) está relacionado com melhor desempenho esportivo. Por vias diretas ou indiretas o substrato mantém a glicemia, poupa glicogênio, repõe glicogênio muscular e, ainda, exerce papel importante no cérebro como fonte de energia, podendo melhorar a função neural durante exercício físico. Com o consumo de CHO é possível que haja diferenciação na ativação de áreas cerebrais relacionadas ao desempenho no exercício. Com isso, esse estudo objetivou avaliar o efeito do consumo de CHO na ativação cerebral durante exercício físico realizado durante aquisição de ressonância magnética funcional (RMf). Foram voluntários 10 ciclistas do sexo masculino que realizaram um protocolo de pedalada em cicloergômetro acoplado à RMf, consumindo de 50g de carboidrato ou solução placebo no intervalo de duas séries de exercício. Os resultados mostraram que o CHO apresentou um importante papel nas áreas cerebrais durante o exercício, ativando áreas relacionadas à tomada de decisões (insula) e motivação (sistema límbico) e desativando principalmente áreas dos lobos frontal e parietal. Com o consumo de placebo também houve ativação de áreas importantes no psicológico do individuo (cíngulo posterior). Independente da substância consumida, a ativação após o consumo de bebida mostrou importante relação com áreas relacionadas à continuidade do exercício como giro do cíngulo quando comparado ao controle. Durante todo o estudo as áreas responsáveis pela iniciação e manutenção dos movimentos, localizadas principalmente no lobo frontal e cerebelo, apresentaram-se ativas. Os resultados entre o consumo do placebo e o momento controle mostraram que a substância placebo não trouxe diferença de ativação neural, sendo que o inverso ocorreu na comparação entre CHO e controle. O CHO ativou áreas de extrema importância na continuidade do exercício como o giro do cíngulo e cíngulo anterior, mostrando que a suplementação pode ter influências no cérebro durante o exercício que melhore o rendimento. Portanto, o CHO mostrou efetividade como suplemento esportivo também na atividade cerebral, mostrando importância para a prática de exercício e a melhora do rendimento. Assim conseguimos aprofundar o conhecimento da atuação de nutrientes no cérebro durante o exercício / Abstract: The consumption of carbohydrate (CH) is related to better sports performance. By direct or indirect way the substrate maintains blood glucose, glycogen saves, restores muscle glycogen, and also plays an important role in the brain as an energy source, thus improving neural function during exercise. With the consumption of CH is possible that there is differentiation in the activation of brain areas related to exercise performance. The study aimed to evaluate the effect of CH consumption in brain activation during exercise performed during acquisition of functional magnetic resonance imaging (fMRI). Volunteers were six male cyclists who performed a protocol cycleergometer coupled to fMRI, consuming 50g of carbohydrate or placebo solution in the range of two series of exercise. The results showed that the CHO had an important role in brain areas during exercise, activating related decision making (insula) and motivation (limbic system) areas and mostly disabling areas of the frontal and parietal lobes. With the use of placebo was also significant activation in areas of individual psychological (posterior cingulate). Independent of substance, activation after beverage consumption showed a significant relationship with the continuity of exercise as the cingulate gyrus area, when compared to the control. Throughout the study the areas responsible for the initiation and maintenance of motion, located mainly in the cerebellum and frontal lobe had become active. The results between the placebo and the control group showed that the difference did not had neural activation, and the opposite occurred when comparing CHO and control. The CHO activated areas of extreme importance in the continuity of the company as the cingulate gyrus and anterior cingulate cortex, showing that supplementation may have influences in the brain during exercise to improve performance. Therefore, the CHO has shown effectiveness as a sports supplement also in brain activity important for exercise training results and greater efficiency. Thus we could deepen the understanding of the action of nutrients in the brain during exercise / Mestrado / Atividade Fisica, Adaptação e Saude / Mestra em Educação Física

O dito popular afirma que quando uma pessoa perde um dos sentidos há uma compensação por parte dos outros sentidos para suprir a perda. Através de três experimentos psicofísicos baseados no modelo de Posner (Inibição de Retorno) e técnicas de Ressonância Magnética Funcional, surdos congênitos foram comparados a pessoas ouvintes com o objetivo de verificar se os surdos possuem processos atencionais diferentes dos ouvintes, e se as mesmas áreas corticais como a área de Wernicke, Broca e Córtex auditivo - eram ativadas em ambos os grupos. A tarefa consistia em pressionar um botão todas as vezes que os sujeitos detectassem a presença de um quadrado maior (alvo) apresentado em uma tela, enquanto também eram apresentados quadrados menores (pista) ora do mesmo lado, ora do lado oposto ao alvo. Através do Experimento I se pôde verificar que ambos os grupos apresentaram os fenômenos clássicos do Paradigma de Posner: Facilitação ou Inibição de Retorno, o que denotou a possibilidade de mecanismos atencionais semelhantes para ambos os grupos. Foi observado, porém, que os ouvintes eram mais rápidos que os surdos para responder à tarefa quando o intervalo temporal entre pista e alvo era longo (800ms), comparado ao tempo que levavam para responder quando o intervalo entre pista e alvo era curto (100 ms). O Experimento I suscitou a hipótese de que os surdos possivelmente apresentassem uma diferença de processamento temporal. No Experimento I todas as condições eram apresentadas de forma randômica. O Experimento II foi elaborado com o objetivo de por em evidência a 22 diferença dos TRM para intervalos curtos e longos, portanto os intervalos entre pista e alvo passaram a ser apresentados de forma fixa. Ao comparar os resultados do Experimento I com os do Experimento II (Intervalos Temporais Fixos), se pode verificar que os ouvintes apresentaram Tempos de Reação Manual mais lentos, enquanto os surdos apresentaram as mesmas médias a despeito da vantagem temporal, o que levou a sugerir a hipótese de que os surdos apresentem um déficit no processamento temporal. O experimento III consistiu na utilização do Paradigma de Posner enquanto os sujeitos eram submetidos ao exame de Ressonância Magnética Funcional com o objetivo de investigar se as regiões corticais ativadas poderiam ser semelhantes nos dois grupos. As imagens por Ressonância Magnética Funcional (RMF) demonstraram ativações nas áreas de Wernickie, Broca, e córtex auditivo em ambos os grupos enquanto executavam a tarefa, que embora não possuísse nenhum contexto semântico explícito, possuía o tempo como o principal parâmetro físico no qual os sujeitos pudessem se basear para melhorar o desempenho na tarefa. O tempo é um dos parâmetros físicos primários da língua oral, diferente da língua de sinais que possui o parâmetro visual e espacial como primário. Os resultados sugerem que as ativações corticais nos centros de audição e fala podem indicar uma plasticidade cruzada no grupo de surdos. Ainda, a participação do córtex auditivo no processamento da elaboração de estratégias para responder a uma tarefa que não contenha um contexto semântico explicito possivelmente indica sua participação no processamento de linguagem. / It is popularly said that when a person loses one sense, there is a compensation by the other remaining senses to suppress the loss. Throughout three Phsycophysic Experiments based on Inhibition of Return Posners Paradigm and Functional Magnetic Resonance (fMRI) Techniques, congenital deaf people were compared to normal hearing people in order to check if deaf people possess different attentional pattern compared to normal hearing people, and if the same cortical areas Wernicke and Brocas area and Hearing Cortex were activated in both groups. Experiment I consisted on pressing a button every time the presence of a big square (target) was detected by subjects while non-predictive small squares (cue) were also presented at the same or opposite side of the target. At Experiment I it was observed that both groups presented Posners Paradigm classical phenomena: Facilitation or Inhibition of Return, what suggested the possibility that attentional pattern may be similar to both groups. Therefore, it was observed that normal hearing people were faster than deaf people to respond to the task when time interval between cue and target was long (800 ms) when compared to the time they spent to respond when time interval between cue and target as short (100 ms). 24 Experiment I raised the hypotheses that possibly deaf people may present a temporal processing difference. At Experiment I every condition was randomly presented. Experiment II was elaborated to highlight MRT differences between short and long time intervals, so every time interval was presented on a fixed order. Comparison of Experiment I and II (Fixed Time Intervals) showed that normal hearing people presented shorter Manual Reaction Times (MRT), while deaf people kept the same averages despite the temporal advantage, what suggested that deaf people may present a deficit on temporal processing. Experiment III used Posners Paradigm while subjects were submitted to fMRI scanning in order to check if activated cortical regions could be similar in both groups. fMRI images demonstrate Wernicke and Brocas area and hearing cortex activations in both groups while executing the task, which, although did not have any explicit semantic content, had time as the main physical parameter on which subjects could be based to increase performance to respond to the task. Time is one of the oral language primary physical parameter, different of signed language which has visual and spatial parameters as primaries. Results suggest that cortical audition center activations may indicate a cross-modal plasticity at the deaf group. Yet, participation of hearing cortex on strategy elaboration to respond to a task which does not have any explicit semantic content possibly indicates the participation of hearing cortex on language processing.

Esta dissertação desenvolve e aplica métodos para caracterizar regiões cerebrais durante o estado de repouso. Utilizam-se grafos para representar a inter-dependência temporal de sinais de ressonância magnética funcional provenientes de regiões cerebrais distintas. Vértices representam regiões cerebrais e arestas representam a conectividade funcional. Buscando superar os problemas de visualização e interpretação desta forma de representação, elaboram-se métodos quantitativos para caracterizar padrões de conectividade entre regiões cerebrais. Para cada sujeito analisado: 1) Faz-se a redução da dimensionalidade espacial das imagens de ressonância magnética funcional respeitando os limites anatômicos das regiões cerebrais. 2) Estima-se a rede de conectividade funcional pela coerência direcionada entre pares de regiões distintas. 3) Constrói-se um grafo direcionado e pesado pela medida de conectividade. 4) Quantificam-se os vértices por índices e faz-se o registro destes valores no espaço comum MNI. 5) Avalia-se a consistência de cada índice pelo teste não paramétrico de Friedman seguido de análises de múltiplas comparações. A análise de 198 imagens de sujeitos sadios produziu resultados consistentes e biologicamente plausíveis. Em sua maioria, revelou regiões associadas a conceitos anatômicos de conectividade e integração cerebral. Embora de implementação simples, o método proporciona informações de natureza dinâmica sobre as relações entre diferentes regiões cerebrais e pode ser utilizado futuramente para estudar e entender desordens psiquiátricas/neurológicas. / This dissertation develops and applies methods to characterize brain regions during resting state. Graphs are used to represent functional MRI connectivity from different brain regions. Vertices represent brain regions and edges represent connectivity. To overcome the visualization and interpretation problems of this form of representation, we developed quantitative methods to characterize its patterns. Methods: For each subject: 1) The reduction of spatial dimensionality of functional magnetic resonance imaging is carried out taking into account the anatomic limits of the brain regions. 2) The network is estimated by directed coherence between pairs of separate regions. 3) A directed graph with weights on its edges is constructed using the later connectivity measure. 4) The vertices are quantified by indexes that are registered in the MNI common space. 5) The consistency of each index is evaluated by the nonparametric Friedman followed by Post-Hoc analysis. Results: The analysis of 198 images of healthy subjects produced consistent and biologically plausible results. They revealed anatomical regions involved in brain integration. Conclusion: The method provides information about the dynamic nature of the relationships between different brain regions and can be used in future clinical studies to understand psychiatric and neurological disorders.

Esta dissertação apresenta os principais métodos estatísticos para analisar as séries temporais de fMRI com o objetivo de detectar regiões ativadas e caracterizar o erro envolvido nessa decisão. Na análise de imagens funcionais, devido à baixa razão sinal-ruído, torna-se necessário o uso de técnicas elaboradas de processamento. O resultado da aplicação de técnicas estatísticas sobre as séries temporais obtidas da imagem de fMRI, é um mapa estatístico paramétrico, (Statistical Parametric Map), (SPM), uma imagem 3-D que permite determinar o estado do voxel, ativado ou não ativado, e a significância estatística do resultado. Propomos um novo método baseado na Difusão Anisotrópica Robusta, (Robust Anisotropic Diffusion), (RAD), que explora uma característica fundamental da imagem funcional, a correlação espacial das regiões ativadas do cérebro humano. O método proposto permite obter mapas estatísticos que melhoram a determinação das áreas ativadas a partir de dados fMRI ruidosos. Os novos mapas estatísticos paramétricos, baseados na correlação espacial da imagem fMRI, reduzem os erros do processo de classificação dos voxels, melhorando assim o mapeamento das regiões ativadas no cérebro. Aplicamos a técnica proposta em dados gerados artificialmente, simulando ruído e sinal, e avaliamos o novo método proposto e um método clássico de processamento de fMRI. Apresentamos resultados comparativos entre um método clássico, o método de correlação e o novo método. Calculamos os erros envolvidos e apresentamos a curvas características de operação de um receptor, (Receiver Operating Characteristics), (ROC), para ambos métodos, comparando os parâmetros mais importantes. Também avaliamos o novo método em dados reais de fMRI de um experimento em blocos com estímulo visual. / This dissertation presents the main statistical methods to analyse fMRI temporal series to detect activated regions and to characterise the error involved in this decision. Due to low signal to noise ratio, elaborate processing techniques are necessary to analyse functional images. Statistical techniques are usually applied on the temporal series obtained from fMRI, resulting in a Statistical Parametric Map (SPM), a 3-D image that makes it possible to determine the state of a voxel, as activated or not activated, and the statistical significance of the result. We proposed a new, simple an elegant method based on Robust Anisotropic Diffusion (RAD) to exploit the spatial correlation of activated regions of the human brain. The new method, named Robust Anisotropic Diffusion of Statistical Parametric Maps (RADSPM), allows one to obtain statistical maps that improve the determination of activated areas from noisy fMRI data. The new parametric statistical maps, based on the voxel spatial correlation of the fMRI image, reduce the classification error thus improving the significance of the results. We have tested the new technique in both simulated and real fMRI, obtaining sharp and noiseless SPMs with increased statistical significance. We compare results of the new RADSPM method with those of a classic method, the conventional correlation method. We calculate the involved errors and we present Receiver Operating Characteristics (ROC) curves for both methods, comparing the most important parameters for simulated fMRI data. We also evaluate the new method on real data of a visual fMRI experiment.

Esta dissertação apresenta os principais métodos estatísticos para analisar as séries temporais de fMRI com o objetivo de detectar regiões ativadas e caracterizar o erro envolvido nessa decisão. Na análise de imagens funcionais, devido à baixa razão sinal-ruído, torna-se necessário o uso de técnicas elaboradas de processamento. O resultado da aplicação de técnicas estatísticas sobre as séries temporais obtidas da imagem de fMRI, é um mapa estatístico paramétrico, (Statistical Parametric Map), (SPM), uma imagem 3-D que permite determinar o estado do voxel, ativado ou não ativado, e a significância estatística do resultado. Propomos um novo método baseado na Difusão Anisotrópica Robusta, (Robust Anisotropic Diffusion), (RAD), que explora uma característica fundamental da imagem funcional, a correlação espacial das regiões ativadas do cérebro humano. O método proposto permite obter mapas estatísticos que melhoram a determinação das áreas ativadas a partir de dados fMRI ruidosos. Os novos mapas estatísticos paramétricos, baseados na correlação espacial da imagem fMRI, reduzem os erros do processo de classificação dos voxels, melhorando assim o mapeamento das regiões ativadas no cérebro. Aplicamos a técnica proposta em dados gerados artificialmente, simulando ruído e sinal, e avaliamos o novo método proposto e um método clássico de processamento de fMRI. Apresentamos resultados comparativos entre um método clássico, o método de correlação e o novo método. Calculamos os erros envolvidos e apresentamos a curvas características de operação de um receptor, (Receiver Operating Characteristics), (ROC), para ambos métodos, comparando os parâmetros mais importantes. Também avaliamos o novo método em dados reais de fMRI de um experimento em blocos com estímulo visual. / This dissertation presents the main statistical methods to analyse fMRI temporal series to detect activated regions and to characterise the error involved in this decision. Due to low signal to noise ratio, elaborate processing techniques are necessary to analyse functional images. Statistical techniques are usually applied on the temporal series obtained from fMRI, resulting in a Statistical Parametric Map (SPM), a 3-D image that makes it possible to determine the state of a voxel, as activated or not activated, and the statistical significance of the result. We proposed a new, simple an elegant method based on Robust Anisotropic Diffusion (RAD) to exploit the spatial correlation of activated regions of the human brain. The new method, named Robust Anisotropic Diffusion of Statistical Parametric Maps (RADSPM), allows one to obtain statistical maps that improve the determination of activated areas from noisy fMRI data. The new parametric statistical maps, based on the voxel spatial correlation of the fMRI image, reduce the classification error thus improving the significance of the results. We have tested the new technique in both simulated and real fMRI, obtaining sharp and noiseless SPMs with increased statistical significance. We compare results of the new RADSPM method with those of a classic method, the conventional correlation method. We calculate the involved errors and we present Receiver Operating Characteristics (ROC) curves for both methods, comparing the most important parameters for simulated fMRI data. We also evaluate the new method on real data of a visual fMRI experiment.

O objetivo deste trabalho é apresentar os métodos originais em Bioinformática desenvolvidos para a análise estatística na interpretação dos dados de duas técnicas baseadas em imagens: a técnica de microarranjos de DNA e a técnica de ressonância magnética funcional. O interesse principal é abordar essas técnicas experimentais quando enfrenta-se uma situação clara de amostras escassas, isto é, quando existem relativamente poucas observações experimentais do fenômeno estudado, sendo a análise individual/personalizada o representante extremo desta situação, que tem que ser resolvida. Para tanto, opta-se pelo uso da Inferência Bayesiana no contexto da Teoria da Decisão sob Incerteza, implementada computacionalmente sob o arcabouço dos Sistemas de Suporte à Decisão. Ambas as tecnologias estudadas produzem dados complexos, baseados na interpretação das diferenças entre imagens obtidas da resposta do sistema a um estímulo e da resposta numa situação controle. O resultado deste trabalho é o desenvolvimento de dois sistemas de suporte à decisão, chamados HTself e Dotslashen, para a análise de dados de microarranjos e ressonância magnética funcional, respectivamente; e de seus métodos matemáticos/computacionais subjacentes. Os sistemas desenvolvidos extraem conhecimento racional de bancos-de-dados normativos, através de modelos matemáticos específicos, contornando então o problema de amostras escassas. Finalmente, neste trabalho são descritas aplicações a problemas reais, para destacar a utilidade dos sistemas de suporte à decisão desenvolvidos nas áreas de Biologia Molecular e Neuroimagem Funcional. / The goal of this work is to present the novel Bioinformatics methods that were developed aiming the statistical analysis of two image-based techniques: DNA microarrays and functional magnetic resonance imaging. The main interest is to approach these experimental techniques in small sample size situations, i.e., when there are relatively few experimental observations of the phenomena of interest, for which the case of single subject/datum analysis is its most extreme. In order to approach these problems we chose to use Bayesian Inference in the context of the Decision Theory under Uncertainty, computationally implemented under the Decision Support Systems framework. Both technologies produce complex data, based on the interpretation of differences between images from the response to a given stimulus and the control situation. The result of this work is the development of two decision support systems, called HTself and Dotslashen, to analyze microarray and functional magnetic resonance imaging data, respectively; and the underling mathematical and computational methods. These systems use the rational knowledge from normative databases implemented in specific mathematical models, overcoming the problem of small sample size. Finally, in this work it is described applications to real problems in order to stress the utility for Molecular Biology and Functional Neuroimaging of the developed decision support systems.