A esquizofrenia (SZ) é uma doença mental crônica e grave, que compromete o funcionamento psicossocial do indivíduo nos mais variados graus. Atinge 1% da população mundial, considerando todo seu espectro de sintomas (DSM-IV). O pobre funcionamento cognitivo é um dos principais fatores que explicam as elevadas taxas de prejuízos e encargos associados à esquizofrenia. A etiologia da SZ é desconhecida, tendo muitas hipóteses etiológicas como fatores genéticos, epidemias virais durante a gestação, época de nascimento, traumatismos de parto, infecções perinatais, condições neurológicas ou neuropsiquiátricas que geram sintomas tipo esquizofrênicos ou desenvolvimento anormal (avaliados por testes psicológicos, estudos de neuroimagem e neuropatológicos que sugerem alterações no desenvolvimento cerebral). A fisiopatologia da SZ pode ser resultante de uma desregulação na plasticidade sináptica por alterações de neurotofinas, radicais livres e processos inflamatórios. Existe uma larga evidência que os radicais livres podem ter um papel importante na fisiopatologia da SZ, podendo induzir danos na membrana celular, em proteínas e DNA. Problemas com estresse oxidativo, como o aumento da peroxidação lipídica foram relatados previamente em pacientes com SZ em primeiro episódio, virgens de tratamento e naqueles cronicamente medicados. As citocinas inflamatórias têm sido estudadas como importantes participantes na etiologia e desenvolvimento das doenças psiquiatricas. Seu papel ainda não é bem estabelecido, porém diversas alterações têm sido vistas nas doenças psiquiátricas. Dentre as citocinas, destacam-se as interleucinas (IL) e o fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), que podem ter ação inflamatória e anti-inflamatória. Dentre as próinflamatórias, podemos destacar a IL-6 e o TNF-α. Alteração de IL na SZ tem sido relatada nesses últimos anos, relacionada à etiologia e à atividade da doença. Pacientes em episódio agudo da doença apresentaram aumento dos níveis séricos de IL pró-inflamatórias sugerindo atividade inflamatória sistêmica. Identificar, além dos sintomas clínicos, possíveis alterações bioquímicas e de neuroimagem em pacientes com SZ pode ajudar em futuras intervenções tanto para identificar, como para prevenir ou atenuar o curso da SZ. Estudos que permitam avançar no entendimento da psicopatologia deste grupo de pacientes são de grande importância, na medida em que proporcionarão futuras abordagens terapêuticas. Está bem estabelecido que a matéria cinzenta cortical e o volume de córtex préfrontal estão diminuídos em pacientes com SZ. Entretanto, os fatores que levam à perda de tecido não estão claras. Uma hipótese para esse fato é que o estado próinflamatório aumentado em SZ está relacionado com a diminuição volumétrica da massa cinzenta. O objetivo deste estudo piloto foi correlacionar os níveis séricos de IL-6 com o volume cortical total de pacientes com SZ e controles. Foram selecionados 36 pacientes com SZ (28 do sexo masculino, com idade média de 37,17 ± 12,05; anos de doença 15,56 ± 11,75), 35 controles pareados idade (21 do sexo masculino, idade média= 36,97 ± 13,04). As imagens foram adquiridas por um equipamento de ressonância magnética Philips Achieva 1.5T no Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Brasil. Todas as imagens foram processadas usando o pipeline automatizado de FreeSurfer v5.1. Concluímos que a IL-6 está negativamente correlacionada com o volume cortical total (p= 0,027; rho= -0,370) nos pacientes com esquizofrenia, tal correlação não foi vista nos controles (p= 0,235, rho= -0,206). Nosso resultado sugere que a ativação inflamatória crônica em pacientes com SZ pode estar relacionada com a diminuição volumétrica total do córtex. / Schizophrenia (SZ) is a chronic and severe mental illness, which affects the psychosocial functioning of the individual in many degrees. It reaches 1% of the population, considering all its spectrum of symptoms (DSM-IV). Poor cognitive functioning is one of the main factors responsible for the high rates of disability and costs associated with schizophrenia. The etiology of SZ is unknown, and many etiological assumptions are taken, as genetic factors, viral epidemics during pregnancy, time of birth, birth trauma, perinatal infections, neuropsychiatric or neurological conditions that produce symptoms like schizophrenia or unnatural development (assessed by psychological tests, neuroimaging and neuropathological studies that suggest changes in brain development). The pathophysiology of SZ may be due to a deregulation in synaptic plasticity caused by changes in neurotrophins, free radicals and inflammatory processes. There is a wide evidence that free radicals may have a main role in the pathophysiology of SZ, and can induce damage into the membrane cell, in proteins and DNA. Problems with oxidative stress, such as increased lipid peroxidation have been previously reported in treatment virgem patients with SZ in first episodes and in those chronically treated. And inflammatory cytokines have been studied as important parts in the etiology of psychiatric diseases’ development. Its role is not well established, however a number of changes have been noticed in psychiatric illnesses. Among the cytokines, the Interleukins (IL) and the tumor necrosis factor alpha (TNF-α) stand out, these two may have inflammatory and anti-inflammatory action. Among the pro-inflammatory, we can highlight IL-6 and TNF-α. IL change in the SZ has been reported in these last few years, related to the etiology and disease activity. Patients with acute episode of the disease showed increased serum levels of IL proinflammatory suggesting systemic inflammatory activity. Identify not only the clinical symptoms, possible biochemical and neuroimaging abnormalities in patients with SZ can help in future interventions both to identify and prevent or slow down the course of SZ. Studies to enable progress in the understanding of psychopathology this group of patients are of great importance to the extent that provide future therapeutic approaches. It is well established that cortical gray matter and the prefrontal cortex volume are reduced in patients with SZ. However, the factors that lead to tissue loss are unclear. One possible explanation is that the increased proinflammatory state in SZ is related to the volumetric reduction of the gray matter. The objective of this pilot study was to correlate serum levels of IL-6 in the hole cortex volume of schizophrenic patients and controls. We selected 36 patients with SZ (28 male, average age 37.17±12.05; years of illness 15.56±11.75), 35 matched controls (21 male, average age= 36.97±13.04). Images were obtained by an MRI equipment, brand Philips Achieva 1.5T at Hospital de Clinicas de Porto Alegre, Brazil. All images were processed using automated pipeline FreeSurfer v5.1. We concluded thatIL-6 is negatively correlated with the total cortical volume in patients (p= 0.027, rho= -0.370), this correlation was not seen in controls (p= 0.235; rho= -0.206). Our results suggest that chronic inflammatory activation in patients with SZ can be related to the total volumetric reduction of the cortex.

A esquizofrenia (SZ) é uma doença mental crônica e grave, que compromete o funcionamento psicossocial do indivíduo nos mais variados graus. Atinge 1% da população mundial, considerando todo seu espectro de sintomas (DSM-IV). O pobre funcionamento cognitivo é um dos principais fatores que explicam as elevadas taxas de prejuízos e encargos associados à esquizofrenia. A etiologia da SZ é desconhecida, tendo muitas hipóteses etiológicas como fatores genéticos, epidemias virais durante a gestação, época de nascimento, traumatismos de parto, infecções perinatais, condições neurológicas ou neuropsiquiátricas que geram sintomas tipo esquizofrênicos ou desenvolvimento anormal (avaliados por testes psicológicos, estudos de neuroimagem e neuropatológicos que sugerem alterações no desenvolvimento cerebral). A fisiopatologia da SZ pode ser resultante de uma desregulação na plasticidade sináptica por alterações de neurotofinas, radicais livres e processos inflamatórios. Existe uma larga evidência que os radicais livres podem ter um papel importante na fisiopatologia da SZ, podendo induzir danos na membrana celular, em proteínas e DNA. Problemas com estresse oxidativo, como o aumento da peroxidação lipídica foram relatados previamente em pacientes com SZ em primeiro episódio, virgens de tratamento e naqueles cronicamente medicados. As citocinas inflamatórias têm sido estudadas como importantes participantes na etiologia e desenvolvimento das doenças psiquiatricas. Seu papel ainda não é bem estabelecido, porém diversas alterações têm sido vistas nas doenças psiquiátricas. Dentre as citocinas, destacam-se as interleucinas (IL) e o fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), que podem ter ação inflamatória e anti-inflamatória. Dentre as próinflamatórias, podemos destacar a IL-6 e o TNF-α. Alteração de IL na SZ tem sido relatada nesses últimos anos, relacionada à etiologia e à atividade da doença. Pacientes em episódio agudo da doença apresentaram aumento dos níveis séricos de IL pró-inflamatórias sugerindo atividade inflamatória sistêmica. Identificar, além dos sintomas clínicos, possíveis alterações bioquímicas e de neuroimagem em pacientes com SZ pode ajudar em futuras intervenções tanto para identificar, como para prevenir ou atenuar o curso da SZ. Estudos que permitam avançar no entendimento da psicopatologia deste grupo de pacientes são de grande importância, na medida em que proporcionarão futuras abordagens terapêuticas. Está bem estabelecido que a matéria cinzenta cortical e o volume de córtex préfrontal estão diminuídos em pacientes com SZ. Entretanto, os fatores que levam à perda de tecido não estão claras. Uma hipótese para esse fato é que o estado próinflamatório aumentado em SZ está relacionado com a diminuição volumétrica da massa cinzenta. O objetivo deste estudo piloto foi correlacionar os níveis séricos de IL-6 com o volume cortical total de pacientes com SZ e controles. Foram selecionados 36 pacientes com SZ (28 do sexo masculino, com idade média de 37,17 ± 12,05; anos de doença 15,56 ± 11,75), 35 controles pareados idade (21 do sexo masculino, idade média= 36,97 ± 13,04). As imagens foram adquiridas por um equipamento de ressonância magnética Philips Achieva 1.5T no Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Brasil. Todas as imagens foram processadas usando o pipeline automatizado de FreeSurfer v5.1. Concluímos que a IL-6 está negativamente correlacionada com o volume cortical total (p= 0,027; rho= -0,370) nos pacientes com esquizofrenia, tal correlação não foi vista nos controles (p= 0,235, rho= -0,206). Nosso resultado sugere que a ativação inflamatória crônica em pacientes com SZ pode estar relacionada com a diminuição volumétrica total do córtex. / Schizophrenia (SZ) is a chronic and severe mental illness, which affects the psychosocial functioning of the individual in many degrees. It reaches 1% of the population, considering all its spectrum of symptoms (DSM-IV). Poor cognitive functioning is one of the main factors responsible for the high rates of disability and costs associated with schizophrenia. The etiology of SZ is unknown, and many etiological assumptions are taken, as genetic factors, viral epidemics during pregnancy, time of birth, birth trauma, perinatal infections, neuropsychiatric or neurological conditions that produce symptoms like schizophrenia or unnatural development (assessed by psychological tests, neuroimaging and neuropathological studies that suggest changes in brain development). The pathophysiology of SZ may be due to a deregulation in synaptic plasticity caused by changes in neurotrophins, free radicals and inflammatory processes. There is a wide evidence that free radicals may have a main role in the pathophysiology of SZ, and can induce damage into the membrane cell, in proteins and DNA. Problems with oxidative stress, such as increased lipid peroxidation have been previously reported in treatment virgem patients with SZ in first episodes and in those chronically treated. And inflammatory cytokines have been studied as important parts in the etiology of psychiatric diseases’ development. Its role is not well established, however a number of changes have been noticed in psychiatric illnesses. Among the cytokines, the Interleukins (IL) and the tumor necrosis factor alpha (TNF-α) stand out, these two may have inflammatory and anti-inflammatory action. Among the pro-inflammatory, we can highlight IL-6 and TNF-α. IL change in the SZ has been reported in these last few years, related to the etiology and disease activity. Patients with acute episode of the disease showed increased serum levels of IL proinflammatory suggesting systemic inflammatory activity. Identify not only the clinical symptoms, possible biochemical and neuroimaging abnormalities in patients with SZ can help in future interventions both to identify and prevent or slow down the course of SZ. Studies to enable progress in the understanding of psychopathology this group of patients are of great importance to the extent that provide future therapeutic approaches. It is well established that cortical gray matter and the prefrontal cortex volume are reduced in patients with SZ. However, the factors that lead to tissue loss are unclear. One possible explanation is that the increased proinflammatory state in SZ is related to the volumetric reduction of the gray matter. The objective of this pilot study was to correlate serum levels of IL-6 in the hole cortex volume of schizophrenic patients and controls. We selected 36 patients with SZ (28 male, average age 37.17±12.05; years of illness 15.56±11.75), 35 matched controls (21 male, average age= 36.97±13.04). Images were obtained by an MRI equipment, brand Philips Achieva 1.5T at Hospital de Clinicas de Porto Alegre, Brazil. All images were processed using automated pipeline FreeSurfer v5.1. We concluded thatIL-6 is negatively correlated with the total cortical volume in patients (p= 0.027, rho= -0.370), this correlation was not seen in controls (p= 0.235; rho= -0.206). Our results suggest that chronic inflammatory activation in patients with SZ can be related to the total volumetric reduction of the cortex.

A esquizofrenia (SZ) é uma doença mental crônica e grave, que compromete o funcionamento psicossocial do indivíduo nos mais variados graus. Atinge 1% da população mundial, considerando todo seu espectro de sintomas (DSM-IV). O pobre funcionamento cognitivo é um dos principais fatores que explicam as elevadas taxas de prejuízos e encargos associados à esquizofrenia. A etiologia da SZ é desconhecida, tendo muitas hipóteses etiológicas como fatores genéticos, epidemias virais durante a gestação, época de nascimento, traumatismos de parto, infecções perinatais, condições neurológicas ou neuropsiquiátricas que geram sintomas tipo esquizofrênicos ou desenvolvimento anormal (avaliados por testes psicológicos, estudos de neuroimagem e neuropatológicos que sugerem alterações no desenvolvimento cerebral). A fisiopatologia da SZ pode ser resultante de uma desregulação na plasticidade sináptica por alterações de neurotofinas, radicais livres e processos inflamatórios. Existe uma larga evidência que os radicais livres podem ter um papel importante na fisiopatologia da SZ, podendo induzir danos na membrana celular, em proteínas e DNA. Problemas com estresse oxidativo, como o aumento da peroxidação lipídica foram relatados previamente em pacientes com SZ em primeiro episódio, virgens de tratamento e naqueles cronicamente medicados. As citocinas inflamatórias têm sido estudadas como importantes participantes na etiologia e desenvolvimento das doenças psiquiatricas. Seu papel ainda não é bem estabelecido, porém diversas alterações têm sido vistas nas doenças psiquiátricas. Dentre as citocinas, destacam-se as interleucinas (IL) e o fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), que podem ter ação inflamatória e anti-inflamatória. Dentre as próinflamatórias, podemos destacar a IL-6 e o TNF-α. Alteração de IL na SZ tem sido relatada nesses últimos anos, relacionada à etiologia e à atividade da doença. Pacientes em episódio agudo da doença apresentaram aumento dos níveis séricos de IL pró-inflamatórias sugerindo atividade inflamatória sistêmica. Identificar, além dos sintomas clínicos, possíveis alterações bioquímicas e de neuroimagem em pacientes com SZ pode ajudar em futuras intervenções tanto para identificar, como para prevenir ou atenuar o curso da SZ. Estudos que permitam avançar no entendimento da psicopatologia deste grupo de pacientes são de grande importância, na medida em que proporcionarão futuras abordagens terapêuticas. Está bem estabelecido que a matéria cinzenta cortical e o volume de córtex préfrontal estão diminuídos em pacientes com SZ. Entretanto, os fatores que levam à perda de tecido não estão claras. Uma hipótese para esse fato é que o estado próinflamatório aumentado em SZ está relacionado com a diminuição volumétrica da massa cinzenta. O objetivo deste estudo piloto foi correlacionar os níveis séricos de IL-6 com o volume cortical total de pacientes com SZ e controles. Foram selecionados 36 pacientes com SZ (28 do sexo masculino, com idade média de 37,17 ± 12,05; anos de doença 15,56 ± 11,75), 35 controles pareados idade (21 do sexo masculino, idade média= 36,97 ± 13,04). As imagens foram adquiridas por um equipamento de ressonância magnética Philips Achieva 1.5T no Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Brasil. Todas as imagens foram processadas usando o pipeline automatizado de FreeSurfer v5.1. Concluímos que a IL-6 está negativamente correlacionada com o volume cortical total (p= 0,027; rho= -0,370) nos pacientes com esquizofrenia, tal correlação não foi vista nos controles (p= 0,235, rho= -0,206). Nosso resultado sugere que a ativação inflamatória crônica em pacientes com SZ pode estar relacionada com a diminuição volumétrica total do córtex. / Schizophrenia (SZ) is a chronic and severe mental illness, which affects the psychosocial functioning of the individual in many degrees. It reaches 1% of the population, considering all its spectrum of symptoms (DSM-IV). Poor cognitive functioning is one of the main factors responsible for the high rates of disability and costs associated with schizophrenia. The etiology of SZ is unknown, and many etiological assumptions are taken, as genetic factors, viral epidemics during pregnancy, time of birth, birth trauma, perinatal infections, neuropsychiatric or neurological conditions that produce symptoms like schizophrenia or unnatural development (assessed by psychological tests, neuroimaging and neuropathological studies that suggest changes in brain development). The pathophysiology of SZ may be due to a deregulation in synaptic plasticity caused by changes in neurotrophins, free radicals and inflammatory processes. There is a wide evidence that free radicals may have a main role in the pathophysiology of SZ, and can induce damage into the membrane cell, in proteins and DNA. Problems with oxidative stress, such as increased lipid peroxidation have been previously reported in treatment virgem patients with SZ in first episodes and in those chronically treated. And inflammatory cytokines have been studied as important parts in the etiology of psychiatric diseases’ development. Its role is not well established, however a number of changes have been noticed in psychiatric illnesses. Among the cytokines, the Interleukins (IL) and the tumor necrosis factor alpha (TNF-α) stand out, these two may have inflammatory and anti-inflammatory action. Among the pro-inflammatory, we can highlight IL-6 and TNF-α. IL change in the SZ has been reported in these last few years, related to the etiology and disease activity. Patients with acute episode of the disease showed increased serum levels of IL proinflammatory suggesting systemic inflammatory activity. Identify not only the clinical symptoms, possible biochemical and neuroimaging abnormalities in patients with SZ can help in future interventions both to identify and prevent or slow down the course of SZ. Studies to enable progress in the understanding of psychopathology this group of patients are of great importance to the extent that provide future therapeutic approaches. It is well established that cortical gray matter and the prefrontal cortex volume are reduced in patients with SZ. However, the factors that lead to tissue loss are unclear. One possible explanation is that the increased proinflammatory state in SZ is related to the volumetric reduction of the gray matter. The objective of this pilot study was to correlate serum levels of IL-6 in the hole cortex volume of schizophrenic patients and controls. We selected 36 patients with SZ (28 male, average age 37.17±12.05; years of illness 15.56±11.75), 35 matched controls (21 male, average age= 36.97±13.04). Images were obtained by an MRI equipment, brand Philips Achieva 1.5T at Hospital de Clinicas de Porto Alegre, Brazil. All images were processed using automated pipeline FreeSurfer v5.1. We concluded thatIL-6 is negatively correlated with the total cortical volume in patients (p= 0.027, rho= -0.370), this correlation was not seen in controls (p= 0.235; rho= -0.206). Our results suggest that chronic inflammatory activation in patients with SZ can be related to the total volumetric reduction of the cortex.

Despite extensive research in the field of aging neuroscience, it still remains unclear whether age related cortical changes can be detected in different functional networks of younger adults and whether these networks respond identically to healthy aging. We collected high-resolution brain anatomical data from 56 young healthy adults (mean age = 30.8 +/- 8.1 years, 29 males). We performed whole brain parcellation into seven functional networks, including visual, somatomotor, dorsal attention, ventral attention, limbic, frontoparietal and default mode networks. We estimated intracranial volume (ICV) and averaged cortical thickness (CT), cortical surface area (CSA) and cortical volume (CV) over each hemisphere as well as for each network. Averaged cortical measures over each hemisphere, especially CT and CV, were significantly lower in older individuals compared to younger ones (one-way ANOVA, p < 0.05, corrected for multiple comparisons). There were negative correlations between age and averaged CT and CV over each hemisphere (p < 0.05, corrected for multiple comparisons) as well as between age and ICV (p = 0.05). Network level analysis showed that age was negatively correlated with CT for all functional networks (p < 0.05, corrected for multiple comparisons), apart from the limbic network. While age was unrelated to CSA, it was negatively correlated with CV across several functional networks (p < 0.05, corrected for multiple comparisons). We also showed positive associations between CV and CT and between CV and CSA for all networks (p < 0.05, corrected for multiple comparisons). We interpret the lack of association between age and CT of the limbic network as evidence that the limbic system may be particularly resistant to age-related declines during this period of life, whereas the significant age-related declines in averaged CT over each hemisphere as well as in all other six networks suggests that CT may serve as a reliable biomarker to capture the effect of normal aging. Due to the simultaneous dependence of CV on CT and CSA, CV was unable to identify such effects of normal aging consistently for the other six networks, but there were negative associations observed between age and averaged CV over each hemisphere as well as between age and ICV. Our findings suggest that the identification of early cortical changes within various functional networks during normal aging might be useful for predicting the effect of aging on the efficiency of functional performance even during early adulthood.

This thesis is divided into three main parts. In the first, we discuss that, although permutation tests can provide exact control of false positives under the reasonable assumption of exchangeability, there are common examples in which global exchangeability does not hold, such as in experiments with repeated measurements or tests in which subjects are related to each other. To allow permutation inference in such cases, we propose an extension of the well known concept of exchangeability blocks, allowing these to be nested in a hierarchical, multi-level definition. This definition allows permutations that retain the original joint distribution unaltered, thus preserving exchangeability. The null hypothesis is tested using only a subset of all otherwise possible permutations. We do not need to explicitly model the degree of dependence between observations; rather the use of such permutation scheme leaves any dependence intact. The strategy is compatible with heteroscedasticity and can be used with permutations, sign flippings, or both combined. In the second part, we exploit properties of test statistics to obtain accelerations irrespective of generic software or hardware improvements. We compare six different approaches using synthetic and real data, assessing the methods in terms of their error rates, power, agreement with a reference result, and the risk of taking a different decision regarding the rejection of the null hypotheses (known as the resampling risk). In the third part, we investigate and compare the different methods for assessment of cortical volume and area from magnetic resonance images using surface-based methods. Using data from young adults born with very low birth weight and coetaneous controls, we show that instead of volume, the permutation-based non-parametric combination (NPC) of thickness and area is a more sensitive option for studying joint effects on these two quantities, giving equal weight to variation in both, and allowing a better characterisation of biological processes that can affect brain morphology.