Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciencias Biológicas. Programa de Pós-Graduação em Neurociências. / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:10:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249280.pdf: 4207210 bytes, checksum: aedd92f8df093be8262293fce757903e (MD5) / O Sistema Visual representa um excelente modelo para o estudo dos processos plásticos e de desenvolvimento do Sistema Nervoso Central (SNC). Muitos fatores têm sido implicados na maturação do sistema visual, mas as vias de sinalização intracelular envolvidas ainda não são bem conhecidas. De particular interesse são as proteínas cinases ativadas por mitógenos (MAPKs), uma família de serina/treonina cinases que possuem um importante papel na transdução de sinal da superfície celular para o núcleo. Estas enzimas são importantes mediadores intracelulares de eventos que ocorrem durante o desenvolvimento e recentemente têm sido implicadas no controle da plasticidade sináptica. Nos mamíferos, os membros desta família são cinases reguladas por sinal extracelular ½ (ERK1/2), cinase c-Jun amino-terminal (JNK) e p38MAPK. No sistema visual, foi demonstrado que a via de ERK regula processos de plasticidade durante o desenvolvimento em níveis retino-talâmicos e retinocorticais e que p38MAPK controla uma forma peculiar de depressão de longo prazo no córtex visual. Neste trabalho, para entender melhor o papel de duas MAPKs # ERK1/2 e p38MAPK # na maturação do sistema visual, foi caracterizado por western blot a regulação da fosforilação/ativação dessas enzimas na retina, colículo superior e córtex visual de rato durante o desenvolvimento pós-natal, do nascimento (P0) à idade adulta (P45). Os resultados demonstram que (i) na retina, a ativação de p38MAPK tem um pico em P4, e entre P15 e P45, tanto a fosforilação de ERK1/2 quanto de p38MAPK aumentam; (ii) no colículo superior, a fosforilação das duas MAPKs aumenta entre P4 e P15; (iii) no córtex visual, a fosforilação de ERK1/2 aumenta de P15 a P45 enquanto a fosforilação de p38MAPK aumenta a partir de P4. Os dados apresentados demonstram uma regulação distinta da ativação de ERK1/2 e p38MAPK nas três áreas visuais analisadas, que ocorrem em correlação temporal com eventos críticos da maturação do sistema visual. Estes resultados sugerem um importante papel de ERK1/2 e p38MAPK no desenvolvimento pós-natal do sistema visual de ratos. Porém, mudanças duradouras na circuitaria neuronal requerem expressão gênica e síntese protéica. Portanto, o padrão de ativação de cinases precisa ser traduzido num padrão de expressão gênica, provavelmente através da ativação de fatores de transcrição. Uma via nuclear que pode ser crítica no controle da plasticidade neural do cérebro de mamíferos é a via de CREB. O envolvimento deste fator de transcrição na plasticidade cortical e no refinamento das projeções retino-talâmicas já foi demonstrado, mas não se sabe se CREB teria um papel na plasticidade retino-colicular. Neste trabalho, nós analisamos a expressão da forma ativada e total de CREB no colículo superior de rato durante o desenvolvimento. Os resultados mostram que tanto a forma total quanto a fosforilada de CREB aumentam entre P4 e P9, em coincidência com o aumento da ativação das MAPKs e com o período crítico da plasticidade colicular. Estes resultados demonstram que CREB também tem sua expressão altamente regulada durante um período de refinamento das conexões coliculares, podendo ter um papel também na maturação do colículo superior. The visual system represents an excellent model for studying developmental and plastic processes in the Central Nervous System (CNS). Many factors have been shown to participate in visual system maturation, but the intracellular signaling pathways involved are still relatively unknown. Of particular interest are Mitogen-activated protein kinases (MAPKs), a family of kinases implicated in various cellular functions. MAPKs are serine/threonine kinases that play an instrumental role in signal transduction from the cell surface to the nucleus. These enzymes are major intracellular mediators of developmental events and recently have been shown to control also synaptic plasticity processes. Mammalian members of this family are extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK 1/2), c-Jun amino-terminal kinases or stress-activated protein kinases (JNK/SAPKs) and p38MAPK. At the level of the visual system, it has been demonstrated that the ERK pathway regulates developmental plastic processes at both retino-thalamic and thalamo-cortical level and that p38MAPK controls a peculiar form of long-term depression in the visual cortex. Here, as a first approach to gain more insight on the role of two MAPKs - ERK1/2 and p38MAPK - in visual system maturation, we characterized by western blot the regulation of their phosphorylation/activation in rat retina, superior colliculus and visual cortex, during postnatal development from birth (P0) to adult age (P45). Our main results show that: (i) in the retina p38MAPK activation peaks at P4, and then, from P15 to P45, both ERK1/2 and p38MAPK phosphorylation increases; (ii) in the superior colliculus phosphorylation of both MAPKs increases between P4 and P15; (iii) in the visual cortex ERK1/2 phosphorylation increases from P15 to P45, while phosphorylation of p38MAPK increases starting from P4. The present data demonstrate a distinct regulation of the activation of ERK1/2 and p38MAPK in the three visual areas analyzed which occurs in temporal correlation with critical events for visual system maturation. These results suggest an important role for ERK1/2 and p38MAPK in the postnatal development of the rat visual system. Longlasting changes in neuronal circuitry require gene expression and protein synthesis. Thus, the pattern of kinase activation has to be translated into a pattern of gene expression, probably through the activation of transcription factors. A candidate nuclear pathway that might be critical in the developmental control of neural plasticity in the mammalian brain is the CREB transcriptional pathway. The involvement of this transcription factor in cortical plasticity and in the refinement of retino-geniculate projections has already been demonstrated, but the role of CREB in the retino-collicular plasticity remains unclear. Here, we analyze the expression of the activated and the total form of CREB in the rat superior colliculus during development. The results show that both phosphorylated and total form of CREB increase between P4 and P9, in coincidence with the increase of the MAPKs activation and the critical period for collicular plasticity. These results show that CREB is highly regulated during a period of refinement of collicular connections and could also be involved in the maturation of the superior colliculus.

A circuitaria neuro-anatômica envolvida com a organização de respostas de medo inclui muitos sítios subcorticais diferentes, dois dos quais são a região dorsal da matéria cinzenta periaquedutal (dPAG) e as camadas intermediárias e profundas do colículo superior (i/dlSC). Este estudo investigou como as células destas duas regiões mudam de atividade em um rato que foi colocado diante de seu predador, o gato, comparado com outras situações onde o risco menor. 11 ratos wistar machos passaram por cirurgia para implantação de um microdriver contendo 8 tetrodos, que detectou 39 células na dPAG de 7 ratos e 44 células nas i/dlSC de 4 ratos. A atividade das células foi registrada em uma condição de base e em quatro condições experimentais distintas: o rato confinado, o rato diante de uma novidade, diante de um predador e diante do contexto predatório. Os dados coletados foram analisados por scripts de MATLAB e cada célula foi classificada para sua responsividade às condições experimentais, à mudança do comportamento do rato, à velocidade e à posição do rato no aparato. Na dPAG as células se mostraram mais responsivas a condição do gato do que as demais condições experimentais, tanto em número de células como em aumento de atividade celular. Uma quantidade menor de células mostrou-se responsiva a mudanças de comportamento, particularmente os comportamentos de defesa. Nas i/dlSC as células também se mostraram mais responsivas para o gato, seguido do contexto, em ambos os casos com diminuição de atividade celular, que foi mais intensa no gato. Uma quantidade menor de células pareceu responder de forma similar para as diferentes mudanças comportamentais. Interpretamos esses dados propondo que a dPAG possui uma função sinalizadora de medo, fortemente ativada durante o gato, e que as i/dlSC são inibidas diante do gato a fim de evitar a captação de estímulos irrelevantes para lidar com a situação de risco. / The neuroanatomical circuitry involved with the organization of fear responses includes a great number of subcortical sites, two of which are the dorsal periaqueductal gray (dPAG) and the intermediate and deep layers of the superior colliculus (i/dlSC). This study investigated how the cellular activity in these regions changed in a rat that was exposed to one of its predators, a cat, when compared with lower risk situations. 11 male wistar rats underwent surgery to implant a microdriver containing 8 tetrodes, which detected 39 cells in the dPAG of 7 rats and 44 cells in the i/dlSC of 4 rats. Cell activity was registered in a basal condition and then again in for experimental conditions: the rat confined in a smaller space, the rat facing a novel stimulus, the rat facing a cat and the rat facing the predatory context. Collected data was analyzed using MATLAB and each cell was classified according to its responsivity to the experimental conditions, to the rats switches in behavior, to the rats speed and position in the experimental apparatus. In the dPAG, cells were shown to be more responsive to the cat condition over the other conditions, both in terms of number of responsive cells and intensity of increase in firing activity. A smaller number of cells were responsive to behavior switching, being especially sensitive to the initiation of defensive behaviors. In the i/dlSC, cells were more responsive to the cat, followed by the predatory context, in both cases with a general reduction of cellular activity that was more intensive for the cat. A smaller number of cells was responsive in similar ways for behavior switching across experimental conditions. We interpret this data by proposing that the dPAG acts signaling a state of fear, particularly during a high risk situation, and the i/dlSC are inhibited during riskier situations so as to block irrelevant environmental stimuli.

As reações incondicionadas de defesa observadas em mamíferos são organizadas pelo Sistema Encefálico de Aversão (SEA), composto, entre outras estruturas, pela substância cinzenta periaquedutal dorsal (SCPd) e o colículo inferior (CI). Tem sido proposto que o CI seja parte do circuito sensoriomotor para os estímulos auditivos de natureza aversiva e a SCPd como a principal via de saída (output) do SEA para a elaboração de comportamentos defensivos. Ambas as estruturas são reguladas tonicamente pelo neurotransmissor inibitório ácido gama-aminobutírico (GABA). Este trabalho aborda a mediação química GABA/Benzodiazepínica (BZD) do processamento da informação aversiva no CI e das respostas de medo elaboradas pela SCPd. Grupos independentes de animais submetidos ao implante de quimitrodos (eletrodos acoplados a cânulas-guia para injeção de drogas) foram usados para avaliar no CI e SCPd os efeitos de injeções locais de muscimol (agonista de receptores GABA-A), semicarbazida (inibidor da síntese da enzima precursora do GABA descarboxilase do ácido glutâmico) ou midazolam (agonista BZD). Foram registrados potenciais evocados auditivos (PEA) no CI como medida eletrofisiológica da ativação neuronial, além da determinação dos limiares de congelamento e fuga, com o procedimento de estimulação elétrica (EE), tanto do CI quanto da SCPd. A mesma abordagem farmacológica com injeções de drogas intra-CI foi empregada em animais submetidos ao teste do Labirinto em Cruz Elevado (LCE), um modelo animal tradicional de ansiedade. Adicionalmente, investigou-se a participação de ambas as estruturas na expressão do comportamento de desligar uma luz de intensidade aversiva em um novo teste de medo incondicionado (Light Switch Off Test; LSOT) recentemente proposto pelo nosso grupo. Encontramos uma clara segregação funcional entre a porção dorsal e ventral do CI, sendo a última envolvida nos comportamentos defensivos. Mecanismos GABAérgicos em ambas as estruturas influenciam a amplitude do PEA e o congelamento pós-fuga da EE, sugerindo uma relação funcional entre as duas estruturas. Já no LSOT, os resultados indicam o envolvimento de mecanismos GABAérgicos do vCI, mas não da SCPd, na modulação da resposta incondicionada à luz em ratos. Os resultados obtidos permitem ampliar o conhecimento atual sobre a neurobiologia dos estados de medo e ansiedade, em uma abordagem integrada dos mecanismos de processamento das informações sensoriais e da expressão de reações de defesa. / Unconditioned defense reactions observed in mammals are organized by the Brain Aversive System, comprising, among other structures, the dorsal periaqueductal gray matter (dPAG) and the inferior colliculus (IC). It has been proposed that the IC is part of the sensorimotor circuitry that processes aversive auditory information and the dPAG is considered the main neural substrate for the expression of defensive behaviors. Both structures are tonically regulated by the inhibitory neurotransmitter gamma-aminobutyric acid (GABA). This work addresses the chemical mediation of GABA/Benzodiazepine (BZD) on aversive information processing in the IC and the elaboration of fear responses by dPAG. Independent groups of animals implanted with chemitrodes (electrodes attached to a guide cannula for drug injection) have been used to evaluate the IC and dPAG regarding the effects of local injections of GABAergic agents (muscimol, semicarbazide, and midazolam). Auditory evoked potentials (AEP) have been recorded in the IC as a measure of electrophysiological neuronal activation, in addition to determining the thresholds of defensive freezing and flight behaviors, using the electrical stimulation (EE) procedure in both IC and dPAG. The same pharmacological regimen of drug injections intra-dPAG and intra-CI have been applied to animals subjected to the elevated plus maze (EPM), a well-known animal model of anxiety, and also to a novel animal test for innate fear (Light Switch Off Test, LSOT) that has been developed and proposed by our group. We found a clear functional segregation between the dorsal and ventral portions of the IC, the latter being the specific collicular substrate of defensive behaviors. GABAergic mechanisms in both structures influence the amplitude of the AEP and post-stimulation freezing of EE, suggesting a functional link between the two structures. In the LSOT, our data indicate the involvement of GABAergic mechanisms of the ICv, but not the dPAG, in the modulation of the unconditioned response to light in rats. These original findings presented here contribute to broaden the current knowledge on the neurobiology of fear and anxiety, in an integrative approach of the mechanisms underlying sensory processing and the expression of defensive behaviors.

O colículo superior (CS) é conhecido por ser responsável pela detecção e orientação da cabeça e olhos em direção a estímulos visuais. Ainda o CS funciona na detecção e guia de respostas iniciais a objetos inesperados no campo visual e orientação da cabeça no sentido de estímulos apetitivos ou afastamento de estímulos potencialmente ameaçadores. Estudos prévios mostraram que a predação de insetos está associada à expressão da proteína Fos nas porções laterais do colículo superior (CSl) e ratos com lesões bilaterais de NMDA na região do CSl tipicamente falham em orientarem-se e caçarem insetos usando a sequência de movimentos estereotipados comumente vistos na caça predatória de insetos. Parece que as porções mediais do colículo superior (CSm) está envolvida com a organização de respostas defensivas, uma vez que estimulações nesse sítio elicia respostas de esquiva adicionadas de ajustes viscerais relacionados as respostas defensivas. Interessantemente, um aumento de imunorreatividade à proteína Fos foi observada no CSm enquanto ratos foram expostos ao predador natural (Comoli and Cedraz-Mercez, 2009). Um estudo sistemático com o rastreador neuronial FluoroGold realizado no nosso laboratório mostrou diferenças no padrão de conexões aferentes sugerindo que o CSm recebe informações principalmente de vários setores do córtex associativo que refletem uma maior integração de informações cognitivas referentes ao predador e do circuito hipotalâmico relacionado com a defesa, enquanto o CSl integra informações principalmente relacionadas ao sistema somatossensorial das vibrissas e da região orofacial que sabidamente são muito importantes para o comportamento de aproximação. Essas diferenças anatômicas podem ser importantes para influenciar o CS na modulação de respostas comportamentais aos estímulos relevantes biologicamente. Baseado no exposto acima sugerimos que haja uma distinção funcional entre o CSm e CSl de ratos. Nossos resultados mostraram que 100% dos ratos expostos ao predador natural ou as baratas e ao predador ao mesmo tempo desempenharam respostas de defesa e tiveram aumento da proteína Fos no CSm. A inativação do CSm com muscimol mostrou um aumento de comportamento exploratório e redução da resposta de congelamento motor quando esses animais foram expostos as baratas e ao predador natural ao mesmo tempo. Interessantemente na situação em que o rato encontra-se fisicamente ameaçado pela presença do predador e também fisiologicamente ameaçado por um déficit nutricional elevado (devido à privação alimentar) e defronta-se com presas observamos que 50% desses animais desempenham respostas defensivas e apresentam aumento da proteína Fos no CSm e setores do circuito de defesa; e 50% dos animais desempenham respostas predatórias e apresentam aumento de proteína Fos no CSl e pouca atividade no circuito de defesa. Sugerimos que o CSm é um sítio muito importante na integração de informações referentes à atenção voltada ao predador e que deve exercer um papel no processo de seleção comportamental ao nível dos gânglios da base. Ainda sugerimos que existe uma interação importante entre os sistema colicular e o sistema hipotalâmico de defesa. / The Superior Colliculus (SC) is well known to be responsible for detecting and orienting the head and eyes toward visual stimuli. Moreover SC works in the detection and guidance of initial responses to unexpected objects in the visual field, in addition to the orienting the head towards appetitive and away from potentially threatening stimuli. Previous studies have shown that insect predation in rats is associated with the expression of Fos protein at the lateral part of intermediate layer of Superior Colliculus (SCl) and rats with local bilateral NMDA lesions in the SCl typically fail to orient towards and chase the roaches with the series of stereotyped movements commonly seen in the predatory hunting of intact controls. It seems that the medial region of Superior Colliculus (SCm) is involved in the organization of defensive behavior once stimulation in this site elicits avoidance responses in addition to visceral adjustments related to defensive responses. Interestingly, an increase of Fos immunoreactivity was found in the medial region of SC (SCm) while rats were exposed to the cat (Comoli and Cedraz-Mercez, 2009). A systematic study with the retrograde tracer FluoroGold conducted in our laboratory showed the differences in the pattern of afferent connections suggesting that SCm mostly integrates inputs coming from associative cortical areas and key sites of the defensive circuitry while SCl integrates inputs from whiskers and orofacial-related somatosensory information which is important for approaching behaviors. These anatomical differences might be very important to influence SC in modulating behavioral responses to biologically relevant stimuli. Based on the mentioned above we propose that SCm and SCl could be functionally distinct. Our results showed that rats exposed to the natural predator or exposed to the roaches and the natural predator together performed fear responses and Fos upregulation at the SCm. Muscimol inactivation of SCm showed an increase of exploratory behaviors and reduction of freezing responses when the animals were exposed o both the roaches and the predator together. In a challenging experiment rats were food deprived and were exposed to both, the roaches and the natural predator and Fos protein was detected. Fifty percent of the rats showed predatory behavior and did not show the fear responses commonly seen when exposed to the natural predator. Moreover an increase of Fos protein levels was observed at the SCl of these rats. The other fifty percent of the rats showed fear responses and did not hunt the preys. In contrast an increase of Fos protein was detected at SCm and at the hypothalamic defensive circuitry of these rats. We suggest that SCm is very important for integration of information concerning the predator and might influence the behavioral selection process at the level of basal ganglia. We also suggest there is a relation between collicular and hypothalamic defensive circuits.

O colículo superior (CS) é conhecido por ser responsável pela detecção e orientação da cabeça e olhos em direção a estímulos visuais. Ainda o CS funciona na detecção e guia de respostas iniciais a objetos inesperados no campo visual e orientação da cabeça no sentido de estímulos apetitivos ou afastamento de estímulos potencialmente ameaçadores. Estudos prévios mostraram que a predação de insetos está associada à expressão da proteína Fos nas porções laterais do colículo superior (CSl) e ratos com lesões bilaterais de NMDA na região do CSl tipicamente falham em orientarem-se e caçarem insetos usando a sequência de movimentos estereotipados comumente vistos na caça predatória de insetos. Parece que as porções mediais do colículo superior (CSm) está envolvida com a organização de respostas defensivas, uma vez que estimulações nesse sítio elicia respostas de esquiva adicionadas de ajustes viscerais relacionados as respostas defensivas. Interessantemente, um aumento de imunorreatividade à proteína Fos foi observada no CSm enquanto ratos foram expostos ao predador natural (Comoli and Cedraz-Mercez, 2009). Um estudo sistemático com o rastreador neuronial FluoroGold realizado no nosso laboratório mostrou diferenças no padrão de conexões aferentes sugerindo que o CSm recebe informações principalmente de vários setores do córtex associativo que refletem uma maior integração de informações cognitivas referentes ao predador e do circuito hipotalâmico relacionado com a defesa, enquanto o CSl integra informações principalmente relacionadas ao sistema somatossensorial das vibrissas e da região orofacial que sabidamente são muito importantes para o comportamento de aproximação. Essas diferenças anatômicas podem ser importantes para influenciar o CS na modulação de respostas comportamentais aos estímulos relevantes biologicamente. Baseado no exposto acima sugerimos que haja uma distinção funcional entre o CSm e CSl de ratos. Nossos resultados mostraram que 100% dos ratos expostos ao predador natural ou as baratas e ao predador ao mesmo tempo desempenharam respostas de defesa e tiveram aumento da proteína Fos no CSm. A inativação do CSm com muscimol mostrou um aumento de comportamento exploratório e redução da resposta de congelamento motor quando esses animais foram expostos as baratas e ao predador natural ao mesmo tempo. Interessantemente na situação em que o rato encontra-se fisicamente ameaçado pela presença do predador e também fisiologicamente ameaçado por um déficit nutricional elevado (devido à privação alimentar) e defronta-se com presas observamos que 50% desses animais desempenham respostas defensivas e apresentam aumento da proteína Fos no CSm e setores do circuito de defesa; e 50% dos animais desempenham respostas predatórias e apresentam aumento de proteína Fos no CSl e pouca atividade no circuito de defesa. Sugerimos que o CSm é um sítio muito importante na integração de informações referentes à atenção voltada ao predador e que deve exercer um papel no processo de seleção comportamental ao nível dos gânglios da base. Ainda sugerimos que existe uma interação importante entre os sistema colicular e o sistema hipotalâmico de defesa. / The Superior Colliculus (SC) is well known to be responsible for detecting and orienting the head and eyes toward visual stimuli. Moreover SC works in the detection and guidance of initial responses to unexpected objects in the visual field, in addition to the orienting the head towards appetitive and away from potentially threatening stimuli. Previous studies have shown that insect predation in rats is associated with the expression of Fos protein at the lateral part of intermediate layer of Superior Colliculus (SCl) and rats with local bilateral NMDA lesions in the SCl typically fail to orient towards and chase the roaches with the series of stereotyped movements commonly seen in the predatory hunting of intact controls. It seems that the medial region of Superior Colliculus (SCm) is involved in the organization of defensive behavior once stimulation in this site elicits avoidance responses in addition to visceral adjustments related to defensive responses. Interestingly, an increase of Fos immunoreactivity was found in the medial region of SC (SCm) while rats were exposed to the cat (Comoli and Cedraz-Mercez, 2009). A systematic study with the retrograde tracer FluoroGold conducted in our laboratory showed the differences in the pattern of afferent connections suggesting that SCm mostly integrates inputs coming from associative cortical areas and key sites of the defensive circuitry while SCl integrates inputs from whiskers and orofacial-related somatosensory information which is important for approaching behaviors. These anatomical differences might be very important to influence SC in modulating behavioral responses to biologically relevant stimuli. Based on the mentioned above we propose that SCm and SCl could be functionally distinct. Our results showed that rats exposed to the natural predator or exposed to the roaches and the natural predator together performed fear responses and Fos upregulation at the SCm. Muscimol inactivation of SCm showed an increase of exploratory behaviors and reduction of freezing responses when the animals were exposed o both the roaches and the predator together. In a challenging experiment rats were food deprived and were exposed to both, the roaches and the natural predator and Fos protein was detected. Fifty percent of the rats showed predatory behavior and did not show the fear responses commonly seen when exposed to the natural predator. Moreover an increase of Fos protein levels was observed at the SCl of these rats. The other fifty percent of the rats showed fear responses and did not hunt the preys. In contrast an increase of Fos protein was detected at SCm and at the hypothalamic defensive circuitry of these rats. We suggest that SCm is very important for integration of information concerning the predator and might influence the behavioral selection process at the level of basal ganglia. We also suggest there is a relation between collicular and hypothalamic defensive circuits.

As reações incondicionadas de defesa observadas em mamíferos são organizadas pelo Sistema Encefálico de Aversão (SEA), composto, entre outras estruturas, pela substância cinzenta periaquedutal dorsal (SCPd) e o colículo inferior (CI). Tem sido proposto que o CI seja parte do circuito sensoriomotor para os estímulos auditivos de natureza aversiva e a SCPd como a principal via de saída (output) do SEA para a elaboração de comportamentos defensivos. Ambas as estruturas são reguladas tonicamente pelo neurotransmissor inibitório ácido gama-aminobutírico (GABA). Este trabalho aborda a mediação química GABA/Benzodiazepínica (BZD) do processamento da informação aversiva no CI e das respostas de medo elaboradas pela SCPd. Grupos independentes de animais submetidos ao implante de quimitrodos (eletrodos acoplados a cânulas-guia para injeção de drogas) foram usados para avaliar no CI e SCPd os efeitos de injeções locais de muscimol (agonista de receptores GABA-A), semicarbazida (inibidor da síntese da enzima precursora do GABA descarboxilase do ácido glutâmico) ou midazolam (agonista BZD). Foram registrados potenciais evocados auditivos (PEA) no CI como medida eletrofisiológica da ativação neuronial, além da determinação dos limiares de congelamento e fuga, com o procedimento de estimulação elétrica (EE), tanto do CI quanto da SCPd. A mesma abordagem farmacológica com injeções de drogas intra-CI foi empregada em animais submetidos ao teste do Labirinto em Cruz Elevado (LCE), um modelo animal tradicional de ansiedade. Adicionalmente, investigou-se a participação de ambas as estruturas na expressão do comportamento de desligar uma luz de intensidade aversiva em um novo teste de medo incondicionado (Light Switch Off Test; LSOT) recentemente proposto pelo nosso grupo. Encontramos uma clara segregação funcional entre a porção dorsal e ventral do CI, sendo a última envolvida nos comportamentos defensivos. Mecanismos GABAérgicos em ambas as estruturas influenciam a amplitude do PEA e o congelamento pós-fuga da EE, sugerindo uma relação funcional entre as duas estruturas. Já no LSOT, os resultados indicam o envolvimento de mecanismos GABAérgicos do vCI, mas não da SCPd, na modulação da resposta incondicionada à luz em ratos. Os resultados obtidos permitem ampliar o conhecimento atual sobre a neurobiologia dos estados de medo e ansiedade, em uma abordagem integrada dos mecanismos de processamento das informações sensoriais e da expressão de reações de defesa. / Unconditioned defense reactions observed in mammals are organized by the Brain Aversive System, comprising, among other structures, the dorsal periaqueductal gray matter (dPAG) and the inferior colliculus (IC). It has been proposed that the IC is part of the sensorimotor circuitry that processes aversive auditory information and the dPAG is considered the main neural substrate for the expression of defensive behaviors. Both structures are tonically regulated by the inhibitory neurotransmitter gamma-aminobutyric acid (GABA). This work addresses the chemical mediation of GABA/Benzodiazepine (BZD) on aversive information processing in the IC and the elaboration of fear responses by dPAG. Independent groups of animals implanted with chemitrodes (electrodes attached to a guide cannula for drug injection) have been used to evaluate the IC and dPAG regarding the effects of local injections of GABAergic agents (muscimol, semicarbazide, and midazolam). Auditory evoked potentials (AEP) have been recorded in the IC as a measure of electrophysiological neuronal activation, in addition to determining the thresholds of defensive freezing and flight behaviors, using the electrical stimulation (EE) procedure in both IC and dPAG. The same pharmacological regimen of drug injections intra-dPAG and intra-CI have been applied to animals subjected to the elevated plus maze (EPM), a well-known animal model of anxiety, and also to a novel animal test for innate fear (Light Switch Off Test, LSOT) that has been developed and proposed by our group. We found a clear functional segregation between the dorsal and ventral portions of the IC, the latter being the specific collicular substrate of defensive behaviors. GABAergic mechanisms in both structures influence the amplitude of the AEP and post-stimulation freezing of EE, suggesting a functional link between the two structures. In the LSOT, our data indicate the involvement of GABAergic mechanisms of the ICv, but not the dPAG, in the modulation of the unconditioned response to light in rats. These original findings presented here contribute to broaden the current knowledge on the neurobiology of fear and anxiety, in an integrative approach of the mechanisms underlying sensory processing and the expression of defensive behaviors.

A Cetamina, antagonista não competitivo de receptores de glutamato do tipo NMDA, é uma substância com propriedades dissociativas originalmente utilizada como anestésico que apresenta a característica de intensificar as experiências sensoriais. Apesar de seus conhecidos efeitos sobre os aspectos cognitivos e comportamentais, poucos estudos préclínicos foram conduzidos para tentar detectar os efeitos físicos e/ou comportamentais da abstinência de Cetamina após consumo prolongado. Partindo do princípio de que os efeitos da Cetamina sobre a neurotransmissão glutamatérgica induzem alguns dos sintomas observados durante surtos esquizofrênicos, como as alucinações auditivas, e sabendo que o colículo inferior tem sua função ligada ao processamento da informação sensorial a estímulos sonoros, neste estudo avaliamos os efeitos da modulação glutamatérgica na área cortical pré-límbica (PrL) sobre os potenciais evocados auditivos eliciados (PEAs) no colículo inferior. As medidas foram realizadas no fim do tratamento, ou seja, no 14° dia, 24 horas e 6 dias após a retirada da cetamina. Em nossos resultados obtivemos que a administração local de NMDA, foi capaz de diminuir a amplitude dos PEAs, os quais foram recuperados 24 horas após. A cetamina sistêmica não foi capaz de diminuir os PEAs, uma provável consequência da interação com outros receptores além do NMDA. Os testes realizados 6 dias após a interrupção ao tratamento crônico de cetamina, demonstraram uma forma inesperada de U, diferente da curva padrão de U invertido. Além disso, encontramos que as alterações provocadas pela cetamina são dependentes dos níveis dos mecanismos dopaminérgico e glutamatérgicos. Estes resultados demonstram que o processamento auditivo no colículo inferior está sob controle direto no Pré límbico e permitem ampliar o conhecimento atual da neurobiologia por evidenciar novas informações do efeito crônico da cetamina. / Ketamine is a non-competitive NMDA receptor antagonist. It is a substance with dissociative properties originally used as anesthetic, which can intensify sensory experiences, being also capable of accentuating the psychotic state in patients with schizophrenia. Despite its known effect on cognitive aspects and behavior, there are few preclinical studies conducted to identify physical and behavioral effects of ketamine withdrawal after its long-term use. Moreover, little is known about the impact of repetitive use of ketamine on brain structures and their functioning. The inferior colliculus, part of the midbrain tectum, is mainly related to auditory information processing, sending information to the motor centers and participating in the modulation and expression of specific behaviors, such as attack and predatory. Therefore, it is related to the biological importance of sounds to survival. The auditory hallucinations induced by schizophrenic psychotic crisis has as neural correspondent the activation of inferior colliculus and cortical areas. It is not yet known which cortical area is connected to the modulation of alterations induced by electrophysiological potential registered in inferior colliculus. Considering that the effects of ketamine on glutamate neurotransmission induces the symptoms observed during schizophrenic psychotic crisis, such as auditory hallucinations, and that inferior colliculus is related to the sensory information processing and auditory pathways, the present work evaluates the effects of glutamate modulation on pre-limbic cortical area on auditory evoked potential startle in inferior colliculus of rats tested during and after interruption of chronic treatment with ketamine

A Cetamina, antagonista não competitivo de receptores de glutamato do tipo NMDA, é uma substância com propriedades dissociativas originalmente utilizada como anestésico que apresenta a característica de intensificar as experiências sensoriais. Apesar de seus conhecidos efeitos sobre os aspectos cognitivos e comportamentais, poucos estudos préclínicos foram conduzidos para tentar detectar os efeitos físicos e/ou comportamentais da abstinência de Cetamina após consumo prolongado. Partindo do princípio de que os efeitos da Cetamina sobre a neurotransmissão glutamatérgica induzem alguns dos sintomas observados durante surtos esquizofrênicos, como as alucinações auditivas, e sabendo que o colículo inferior tem sua função ligada ao processamento da informação sensorial a estímulos sonoros, neste estudo avaliamos os efeitos da modulação glutamatérgica na área cortical pré-límbica (PrL) sobre os potenciais evocados auditivos eliciados (PEAs) no colículo inferior. As medidas foram realizadas no fim do tratamento, ou seja, no 14° dia, 24 horas e 6 dias após a retirada da cetamina. Em nossos resultados obtivemos que a administração local de NMDA, foi capaz de diminuir a amplitude dos PEAs, os quais foram recuperados 24 horas após. A cetamina sistêmica não foi capaz de diminuir os PEAs, uma provável consequência da interação com outros receptores além do NMDA. Os testes realizados 6 dias após a interrupção ao tratamento crônico de cetamina, demonstraram uma forma inesperada de U, diferente da curva padrão de U invertido. Além disso, encontramos que as alterações provocadas pela cetamina são dependentes dos níveis dos mecanismos dopaminérgico e glutamatérgicos. Estes resultados demonstram que o processamento auditivo no colículo inferior está sob controle direto no Pré límbico e permitem ampliar o conhecimento atual da neurobiologia por evidenciar novas informações do efeito crônico da cetamina. / Ketamine is a non-competitive NMDA receptor antagonist. It is a substance with dissociative properties originally used as anesthetic, which can intensify sensory experiences, being also capable of accentuating the psychotic state in patients with schizophrenia. Despite its known effect on cognitive aspects and behavior, there are few preclinical studies conducted to identify physical and behavioral effects of ketamine withdrawal after its long-term use. Moreover, little is known about the impact of repetitive use of ketamine on brain structures and their functioning. The inferior colliculus, part of the midbrain tectum, is mainly related to auditory information processing, sending information to the motor centers and participating in the modulation and expression of specific behaviors, such as attack and predatory. Therefore, it is related to the biological importance of sounds to survival. The auditory hallucinations induced by schizophrenic psychotic crisis has as neural correspondent the activation of inferior colliculus and cortical areas. It is not yet known which cortical area is connected to the modulation of alterations induced by electrophysiological potential registered in inferior colliculus. Considering that the effects of ketamine on glutamate neurotransmission induces the symptoms observed during schizophrenic psychotic crisis, such as auditory hallucinations, and that inferior colliculus is related to the sensory information processing and auditory pathways, the present work evaluates the effects of glutamate modulation on pre-limbic cortical area on auditory evoked potential startle in inferior colliculus of rats tested during and after interruption of chronic treatment with ketamine

O Colículo Superior (SC) é conhecido por apresentar diversas funções que modulam a caça predatória. Neste estudo, investigamos as funções do SC em ratos expostos a caça de insetos. Primeiramente, verificamos que o comportamento predatório induz uma distinta ativação da porção lateral do SC (SCl). Para entender as potenciais funções dessa região colicular, foi analisado o comportamento predatório antes e após lesões bilaterais iontoforéticas por NMDA do SCl. Animais com SCl lesados ficaram menos motivados a perseguirem as baratas, falharam para se orientarem na direção do movimento das presas e quando tentaram capturar as presas, eles apresentaram sérios déficits para capturá-las e segurá-las eficientemente. Por outro lado, animais com lesões da porção medial do SC (SCm) apresentaram apenas um aumento da latência para iniciar a caça, enquanto os outros parâmetros não diferiram significantemente dos animais intactos. Posteriormente, examinamos as conexões eferentes do SCl e do SCm usando como traçador anterógrado a leucoaglutinina do Phaseolus vulgaris. Notamos projeções densas do SCl para a região rostral da coluna lateral da matéria cinzenta periaquedutal (PAGl), um setor criticamente envolvido no controle dos aspectos motivacionais relacionados aos comportamentos de caça predatória e forrageamento. Além disso, o SCl se projeta densamente para o tálamo dorsal, especificamente para os núcleos ventral lateral, central medial e paracentral do tálamo, os quais sabemos que se projetam para setores estriatais ou para áreas motoras corticais, que provavelmente estão envolvidas no ajuste da ação motora durante a captura das presas. O SCm, por sua vez, aferenta densamente a coluna dorsolateral da PAG, núcleo cuneiforme, e núcleos reticulares mesencefálico e pontino, que são setores envolvidos na elaboração de respostas defensivas, além disso, o SCm se projeta esparsamente para os núcleos posterior lateral e suprageniculado do complexo geniculado medial / The superior colliculus is classically known to present a number of functions that fit hunting behavior. In the present study, we investigate the potential roles of the superior colliculus in rats displaying insect hunting. First, we have found that predatory hunting induces a distinct activation of the lateral region of the intermediate layer of the superior colliculus (SCl). To understand the potential roles of this collicular region, we analyzed the hunting performance before and after iontophoretic NMDA lesions bilaterally placed into the SCl. Animals with SCl lesions were clearly less motivated to pursue the roaches, failed to orient themselves toward the moving prey, and whenever the SCl-lesioned rats tried to catch the roaches, they presented serious deficits to capture and hold them efficiently. Next, we examined the SCl efferents connections using Phaseolus vulgaris leucoagglutinin as an anterograde tracer. Of particular relevance, we noted that the SCl projects to the rostral lateral periaqueductal gray, a site critically involved in controlling motivational drive to chase prey and forage. In addition, the SCl also present particularly strong projections to the dorsal thalamus, aimed at the ventral lateral, ventral medial, central medial and paracentral nuclei of thalamus, all of which known to project either to striatal sites or to cortical motor areas, likely to be involved in adjusting the motor action during prey capture. Therefore, the SCl, which seems to present cells responding to prey displacement in the temporal field, presents important arms to the periaqueductal gray and dorsal thalamic sites, influencing, respectively, the motivational drive and the motor skills to hunt

A substância cinzenta periaquedutal dorsal (SCPd) e o colículo inferior (CI) são duas estruturas do teto mesencefálico que, juntamente com a amígdala, o hipotálamo dorsomedial e o colículo superior, estão envolvidas na modulação da expressão comportamental dos estados de medo. A estimulação química ou elétrica destas estruturas produz uma série de respostas comportamentais defensivas. Além disso, dados comportamentais com modelos animais de ansiedade têm fornecido evidências da existência de uma regulação inibitória tônica GABAérgica na SCPd e CI. Neste estudo investigamos o envolvimento da neurotransmissão GABAérgica na expressão do medo condicionado e do medo incondicionado. Para isso, os efeitos da administração de muscimol (agonista GABA-A) e semicarbazida (inibidor da descarboxilase do ácido glutâmico) na SCPd e CI foram analisados no teste do sobressalto potencializado pelo medo, na resposta de congelamento condicionada, nos limiares de congelamento e fuga determinados por estimulação elétrica dessas estruturas e no congelamento pós-estimulação. No modelo de medo incondicionado, microinjeções de muscimol intra-SCPd reduziram a aversividade da estimulação elétrica, mas não o congelamento pós-estimulação, ao passo que a semicarbazida produziu efeitos pró-aversivos em ambas as condições. O muscimol também causou redução significativa no sobressalto potencializado pelo medo e congelamento condicionado, enquanto que a semicarbazida não alterou essas respostas. Já a microinjeção de ambas as drogas no CI não produziu efeitos no modelo condicionado, mas no teste incondicionado, o muscimol reduziu a aversividade da estimulação elétrica. Esses dados mostram uma participação diferencial de mecanismos GABAérgicos no medo condicionado e incondicionado. Estes mecanismos na SCPd parecem estar envolvidos tanto no medo condicionado quanto no incondicionado, enquanto que no CI eles parecem participar somente do medo incondicionado. / The dorsal periqueductal gray (dPAG) and inferior colliculus (IC) are two structures of the midbrain tectum that, together with amygdala, dorsomedial hypothalamus and superior colliculus, are involved in the modulation of the expression of fear-related behaviors. The chemical or electrical stimulation of these structures produces a series of behavioral defensive responses. Moreover, behavioral data from animal models of anxiety have provided evidences of tonic inhibitory GABAergic regulation in dPAG and IC. This study investigated the involvement of GABAergic neurotransmission in the expression of unconditioned and conditioned fear. To this aim, the effects of intra-dPAG and IC administration of muscimol (GABA-A agonist) and semicarbazide (glutamic acid decarboxylase inhibitor) were examined in the fear potentiated startle test, in conditioned freezing, in the thresholds for freezing and escape determined by electrical stimulation of these structures, and in the post-stimulation freezing. In the unconditioned model, intra-dPAG injections of muscimol reduced the aversiveness of the electrical stimulation but had no effects on the post-stimulation freezing, while semicarbazide produced aversive-like effects in both conditions. Muscimol also caused significant reduction in fear potentiated startle and conditioned freezing, while semicarbazide had no effect in these responses. In contrast, intra-IC injections of both drugs were ineffective in the conditioned model. In the unconditioned model, however, muscimol reduced the aversiveness of the electrical stimulation. These data show a differential participation of GABAergic mechanisms on conditioned and unconditioned fear. These mechanisms in the dPAG seem to be involved in both conditioned and unconditioned fear, while in IC they seem to participate in unconditioned fear only.