Orientadores: Jose Manoel Balthazar, Helder Anibal Hermini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T09:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chavarette_FabioRoberto_D.pdf: 4150246 bytes, checksum: 9d985ec5ea9fe6e142b97323e3bcc2d9 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nesta tese de doutorado, estuda-se o comportamento da membrana plasmática modelada através de um circuito elétrico. O modelo elétrico foi desenvolvido por Hodgkin e Huxley em 1952 e trata da variação do tempo em relação à condutância de íons de potássio e sódio no axônio da lula gigante, este modelo serviu como um arquétipo para modelos comportamentais da eletrofisiologia das membranas biológicas. Hodgkin e Huxley desenvolveram um conjunto de equações diferenciais para a propagação de sinais elétricos, que foram modificados posteriormente para descrever o comportamento dos neurônios em outros animais e para outros tipos de fibras excitáveis, como por exemplo às fibras de Purkinjie. Assim a dinâmica do modelo de Hodgkin-Huxley foi estudada extensivamente com uma visão para as implicações biológicas e com testes para métodos numéricos que podem ser aplicados a modelos matemáticos mais complexos. Recentemente, um movimento irregular caótico do potencial de ação da membrana foi observado com diversas técnicas de controle com o objetivo de estabilizar a variação deste potencial. Na tese de doutorado, analisa-se a dinâmica não-linear do modelo matemático de Hodgkin-Huxley, a existência de soluções quase periódicas para este modelo com os seus parâmetros originais, apresenta-se ainda modificações no modelo para acrescentar-se comportamento não ideal, isto é, quando se considera a ação de uma fonte de energia sob o sistema e sua interação supostamente limitada onde ela é mais intensa, e desenvolve-se um projeto de controle linear ótimo para o potencial de ação da membrana / Abstract: In this work it is studied the plasmatic membrane behavior through an electric circuit. The electric model was developed by Hodgkin and Huxley at 1952 and it treats of the variation of the amount of time related with the potassium and sodium conductance's in the squid axon, this model has served as an archetype for mannering mathematical model of eletrophysiology of biological membranes. Hodgkin and Huxley developed differential equations for the propagation of electric signals, and later they had been modified to describe the behavior of neurons in other animals and for other excitable types of as pancreatic cells, cardio paths and staple fibres of Purkinje. Thus the dynamics of the Hodgkin-Huxley model have been extensively studied both with a view to their biological implications and as a test bed for numerical methods that can be applied to more complex models. Recently, a chaotic irregular movement of the potential of action of the membrane was observes through several techniques of control with the objective to stabilize the variation of this potential. This Phd dissertation deals with an analysis of the nonlinear dynamics in the Hodgkin-Huxley mathematical model, namely, the existence of quasi-periodic solutions in the model with its original parameters, and still we present modifications in the system to demonstrate the non-ideal dynamics behavior, that is when one consider the interaction between the energy source and the dynamical system and we developed an optimal linear control design for the action potential of membrane. They had been disclosed the conditions that allow using a controllinear feedback for non-linear system / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Lea Rodrigues-Simioni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-12T14:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Galbiatti_Charlene_M.pdf: 3708573 bytes, checksum: eb349f7f5062bd08e487dc8ae3c13167 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: No presente trabalho foram estudados os efeitos neuromusculares da toxina Bmaj-9 isolada do veneno de Bothrops marajoensis no laboratório de química de proteínas da Unicamp. Esta toxina foi ensaiada: nas preparações biventer cervicis de pintainho, nervo frênico diafragma de camundongo e no músculo gastrocnêmio de camundongo. Em preparações de ave, a Bmaj-9 causou bloqueio neuromuscular completo irreversível nas concentrações de 5, 10 e 20 µg/mL, sem afetar as contraturas evocadas pela adição exógena de ACh (110 µM). Além disso mostrou-se pouco ativa na preparação nervo frênico diafragma de camundongo. A Bmaj -9 não interferiu na resposta muscular a estímulos elétricos direto em preparações de biventer cervicis de pintainho previamente curarizadas. Ensaios bioquímicos mostraram que a Bmaj-9 exibiu uma pronunciada atividade fosfolipásica quando comparada a do veneno bruto. Assim, submetendo-se preparações incubadas com a toxina a baixa temperatura (22 °C), observou-se a ausência do seu característico efeito bloqueador neuromuscular. A análise histológica in vitro mostrou que esta fração em baixas concentrações não causou alteração morfológica significativa embora tenha determinado um leve aumento na liberação da enzima creatinoquinase. Em altas concentrações, no entanto, foi observado algum dano muscular na região periférica do músculo. In vivo, a Bmaj-9 causou uma discreta alteração morfológica e também um leve aumento nos níveis de CK após injeção intramuscular, mostrando uma correlação positiva entre os efeitos dos parâmetros estudados - lesão muscular e liberação de CK, esses dados, em nada se comparam aos efeitos de venenos ou toxinas tipicamente botrópicas. O registro do PM mostrou que a Bmaj-9 (10 µg/mL) não produziu despolarização da membrana muscular, e a medida do conteúdo e do tamanho quânticos, em preparação nervo frênico-diafragma de camundongo, mostrou que houve um leve aumento nos valores do conteúdo quânticos após 15 minutos de incubação. Após 60 minutos de incubação, o efeito da Bmaj-9 sobre os valores do conteúdo e tamanho quânticos foram, respectivamente: 70,5 ± 11 e 0,21 ± 0,06 mV. Estes não foram significativamente diferentes quando comparados com os valores controle (68,0 ± 8,9 e 0,17 ± 0,04 mV). Estes resultados sugerem que o bloqueio da transmissão neuromuscular, causado por esta toxina em baixas concentrações, seja muito provavelmente devido a uma ação pré-sináptica, resultado de sua interação com a membrana do terminal nervoso motor. / Abstract: In the present work, the neuromuscular effects of the toxin Bmaj-9 isolated from the venom of Bothrops marajoensis in the laboratory of chemistry of proteins at Unicamp were studied. This toxin was assayed in biventer cervicis preparations of little chicken, phrenic diaphragm nerve of mice and in gastrocnemius muscles of mice. In birds preparation, Bmaj-9 caused irreversible complete neuromuscular blockade in the concentrations of 5, 10 and 20 µg/mL not affecting the contractures caused by the exogenous addition of Ach (110 µM). Moreover, Bmaj-9 was not very active in the phrenic diaphragm preparation of mice. It has not interfered in the muscular response to direct electrical stimuli in biventer cervicis preparations of little chicken previously curarized. Biochemical assays showed that Bmaj-9 exhibited pronounced phospholipase activity when compared to crude venom. Thus, when preparations incubated with the toxin were submitted to low temperatures (22°C), the absence of the characteristic neuromuscular blocking effect of the fraction was observed. The histological analysis in vitro showed that even having determined a low increase on the release of the creatino-kinase enzyme, low concentrations of this fraction did not cause significant morphological alteration. Nevertheless, in high concentrations some muscular damages in the peripheral region of the muscle were observed. In vivo, Bmaj-9 caused a slight morphological alteration and also a discrete increase on the CK levels after intramuscular injection, showing a positive correlation among the effects of the parameters studies - muscular lesion and CK release. These data obtained with Bmaj-9 are extremely inferior to the ones obtained with bothropic venoms or toxins. The registration of the resting membrane potential showed that Bmaj-9 (10 µg/mL) did not produce depolarization of the muscular membrane and the measurement of the content and quantum size, in phrenic diaphragm preparation of mice, showed that a slight increase on the quantum amount was detected after 15 minutes of incubation. After 60 minutes of incubation, the effect of Bmaj-9 over the content and quantum size values was 70.5 ± 11 and 0.21 ± 0.06 mV, respectively; these values were not significantly different when compared to control values (68.0 ± 8.9 and 0.17 ± 0.04 mV). These values suggest that the blockade of the neuromuscular transmission caused by this toxin in low concentrations is probably due to a pre-synaptic action resulting from the interaction of the toxin with the membrane of the motor nerve terminal. / Mestrado / Mestre em Farmacologia

Orientadores: Maria Francisca Colella dos Santos, Andrea Trevas Maciel Guerra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-15T10:05:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Casali_RaquelLeme_M.pdf: 1957097 bytes, checksum: 0478a353098aaec7ddb8d41b65685008 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Introdução: O Potencial Evocado Auditivo de Tronco Encefálico (PEATE) é um exame objetivo de extrema importância no diagnóstico precoce de alterações auditivas em neonatos e lactentes, devido à dificuldade de se obter respostas audiológicas subjetivas fidedignas nessa população. Os dados normativos das respostas da população adulta para esse teste já estão bem estabelecidos na literatura. No entanto, os dados obtidos na população pediátrica, em especial referente aos prematuros, precisam ser mais estudados. O uso de critérios de normalidade para adultos na análise do PEATE de crianças pode levar a interpretação equivocada dos resultados devido à influência do processo de maturação do sistema auditivo. Nos últimos anos com o avanço da triagem auditiva neonatal e seguindo a preconização da detecção precoce de alterações auditivas houve um aumento da demanda de crianças muito novas para a conclusão do diagnóstico audiológico. Dessa forma, faz-se necessária a obtenção de dados normativos de neonatos e lactentes termos e prematuros para esse teste, os quais poderão ser utilizados como referência na interpretação dos resultados e, portanto, possibilitarão o aumento da precisão diagnóstica. Objetivos: Analisar o padrão de respostas de recém nascidos termos e prematuros para o PEATE, considerando os fatores gênero e orelha, e analisar a influência da maturação do sistema auditivo nas respostas eletrofisiológicas dessa população. Material e Métodos: Estudo de corte transversal e prospectivo. Foram avaliados 36 lactentes termos e 30 prematuros que permaneceram no alojamento conjunto, passaram no teste Emissões Otoacústicas Transientes, apresentaram curva timpanométrica tipo A e, com exceção da prematuridade, não apresentaram nenhum outro indicador de risco para perda auditiva. As avaliações ocorreram entre a alta hospitalar e o terceiro mês de vida, sendo constituídas por anamnese, medidas de imitância acústica e avaliação eletrofisiológica por meio do PEATE. Resultados: Na comparação das latências absolutas e interpicos das ondas I, III e V quanto às orelhas direita e esquerda foi observada diferença estatisticamente significante para o interpico I-III. Ao considerarmos o gênero masculino e feminino, não houve diferença significante para as latências absolutas e interpicos, tanto para os termos quanto para os prematuros. Na comparação das latências absolutas e interpicos entre prematuros e termos observou-se diferenças estatisticamente significantes para as latências absolutas das ondas I, III e V em 80 dB e da onda V em 60 e 20 dB. Verificou-se correlação inversa entre idade gestacional e latências absolutas. Foi observado que com o aumento da idade gestacional e consequentemente da maturação do sistema auditivo central ao nível do tronco encefálico ocorre uma diminuição contínua das latências absolutas de todas as ondas nos lactentes termos e prematuros. Essa diminuição está relacionada à progressiva mielinização das estruturas do sistema nervoso central. Conclusão: A maturação do sistema auditivo influencia as respostas do PEATE de neonatos e lactentes. Para evitar a interpretação equivocada dos resultados deve-se considerar a idade gestacional na análise do PEATE na população pediátrica / Abstract: Introduction: The Auditory Brainstem Response (ABR) is a very important objective test in early diagnosis of hearing impairment in newborns and infants due to the difficulty of obtaining reliable subjective auditory responses in this population. Normative data of the adult population's responses for this test are well established in the literature. However, the data for pediatric population, in particular concerning premature need to be further studied. The use of normality criteria for adults in the analysis of ABR in children can lead to misinterpretation of the results due to the influence of the auditory system's maturation. Nowadays, with the advance of newborn hearing screening and following the proposal of early detection of hearing impairment, there is an increased demand of very young children to complete the audiological diagnosis. Therefore, it is necessary to obtain normative data for term and premature newborns and infants for this test. These data can be used as a reference when interpreting the results and thus enable to increase the diagnostic accuracy. Objectives: To compare the ABR responses between full-term and premature children, considering gender and ear factors, and to analyze the influence of the auditory system maturation in the electrophysiological responses of this population. Methods: Transversal and prospective cohort study. We evaluated 36 full-term and 30 premature infants, who remained in the nursery, passed the Transient Otoacoustic Emissions test, presented tympanometric curve type A and, besides prematurity, did not have any other risk factors for hearing loss. The evaluations occurred between the discharge from the hospital and the third month of life, and consisted of history, acoustic immittance measures and evaluation of ABR. Results: Comparison of absolute and interpeak latencies of waves I, III and V on the right and left ears showed statistically significant difference in interpeak I-III, for which the values in the right ear were lower than in the left ear. In the comparison of absolute and interpeak latencies in relation to gender, there was no significant difference for the absolute and interpeak latencies for both full-term and premature infants, at all intensities evaluated. In the comparison of absolute and interpeak latencies between full-term and premature infants we observed statistically significant differences for absolute latencies of waves I, III and V at 80 dB and of wave V at 60 and 20 dB; for all intensities we observed longer latencies in premature. Inverse correlation was found between age and absolute latencies. It was observed that with gestational age increase, and hence of central auditory system's maturation at the brain stem, there is a continuous decrease of absolute latencies of all waves in terms and preterm infants. This decrease is related to the progressive myelination of the structures of central nervous system. Conclusions: Maturation of the auditory system influences the responses of the ABR of neonates and infants. To avoid misinterpretation of results, gestational age must be considered in the analysis of ABR in the pediatric population / Mestrado / Saude da Criança e do Adolescente / Mestre em Saude da Criança e do Adolescente

A Desordem do Espectro da Neuropatia Auditiva (DENA) é uma patologia que vem sendo foco de pesquisas e relatos de caso devido sua complexidade. A compreensão da fisiopatologia da DENA ainda não é precisa, o que proporciona desafios na prática médica, principalmente em relação à conduta mais adequada a ser adotada nestes casos. Neste contexto, a compreensão da anatomia do nervo vestibulococlear por meio do estudo de imagens, contribui para o diagnóstico das deficiências auditivas. Entretanto, apesar dos avanços tecnológicos e científicos nesta área, ainda existem inúmeros questionamentos quanto à localização da alteração em casos de DENA. Diante disso, o objetivo deste estudo foi descrever a correlação do quadro clínico audiológico e exame por imagem em indivíduos com diagnóstico de Desordem do Espectro da Neuropatia Auditiva dissociado de doenças pré-existentes por meio de uma revisão sistemática. A revisão sistemática foi realizada nas bases de dados LILACS, PubMed, Scopus e Web of Science. Foram identificados 1.966 artigos com a estratégia de busca, sendo 50 selecionados para leitura na integra e 20 textos analisados para a discussão. A ressonância magnética (RM) é um exame extremamente útil para diagnósticos de alterações do nervo coclear, possibilitando diagnóstico diferencial e auxilia na topografia da lesão. A avaliação da imagem no plano sagital permite avaliar o diâmetro do nervo coclear (NC) e suas características. O diâmetro do NC está relacionado com doenças durante a gestação e perinatal, contudo, na prática clínica a avaliação do diâmetro dos nervos é subjetiva. Não há padronização universal de análise e de uso quotidiano de mensurar o nervo coclear em pacientes submetidos a RM, quando em investigação etiológica para perdas auditivas sensorioneural. / Auditory Neuropathy Spectrum Disorder (ANSD) is a pathology that has been the focus of research and case reports, owing to its complexity. The understanding of ANSD pathophysiology is not yet precise, thus, presenting challenges in medical practice, especially regarding the most appropriate conduct to be adopted in these cases. In this context, the understanding of the anatomy of the vestibulocochlear nerve through the study of images contributes to the diagnosis of auditory deficiencies. However, despite the technological and scientific advances in this area, many questions about the location of the alteration, in cases of ANSD, still remain. Thus, this study aimed at describing, through a systematic review, the correlation of the clinical condition and the imaging examination in individuals diagnosed with Auditory Neuropathy Spectrum Disorder, dissociated from pre-existing diseases. The systematic review was carried out in the LILACS, PubMed, Scopus and Web of Science databases, identifying 1966 articles with the search strategy, 50 being selected for integral reading and 20 texts analyzed for discussion. Magnetic resonance imaging (MRI) is an extremely useful exam for the diagnosis of cochlear nerve alterations, allowing a differential diagnosis and aiding in the topography of the lesion. The evaluation of the image in the sagittal plane allows the assessment of cochlear nerve (CN) diameter and its characteristics. CN diameter is related to diseases during gestation and perinatal period, however, in clinical practice the evaluation of the diameter of the nerves is subjective. There is no analysis universal standardization of daily use to measure the cochlear nerve in patients submitted to MRI, in terms of etiological investigation for sensorineural hearing loss.

Introdução: A principal questão que envolve o diagnóstico audiológico infantil é a determinação de procedimentos que configurem resultados confiáveis e objetivos, que possam ser utilizados na predição dos limiares auditivos por freqüência específica. Objetivo: Correlacionar os achados do potencial evocado auditivo de estado estável (PEAEE) com outros exames em crianças com perda auditiva neurossensorial. Método: Vinte e três crianças de ambos os gêneros e com idades entre 1 e 7 anos realizaram PEAEE, audiometria, potencial evocado auditivo de tronco encefálico (PEATE) click e tone burst e medida do reflexo acústico para aplicação da regra de predição do limiar auditivo a partir do reflexo acústico. Resultados: A correlação entre o PEAEE e audiometria variou de 0.70 a 0.93, para o PEATE click (2k e 4kHz) variou de 0.83 a 0.89, para o tone burst variou de 0.73 a 0.93. A concordância entre o PEAEE e a regra de predição do limiar auditivo foi considerada moderada. Conclusão: Houve correlação significativa entre o PEAEE e audiometria, assim como para o PEATE click (2k e 4kHz) e para o PEATE tone Burst. O reflexo acústico pode ser usado para acrescentar informações ao diagnóstico infantil / Introduction: The mainly question regarding pediatric audiolological diagnosis is determining procedures to configure reliable results and objectives, which can be use to predict hearing thresholds by frequencyspecifics. Objective: The purpose of this study was to study the correlation between auditory steady-state response (ASSR) with other exams in children with sensorineural hearing loss. Methods: Twenty-three children (age 1 to 7; mean, 3 yr) were submitted to ASSR, behavioral audiometry, click audiometry brain stem response (ABR), tone burst ABR, and predicting hearing level from the acoustic reflex. Results: the correlation between behavioral thresholds and ASSR was (0.70- 0.93), for the ABR tone burst it was (0.73 -0.93), for the ABR click it was (0.83-0.89) only at 2k and 4kHz. The conformity between the hearing loss degree the ASSR and acoustical reflex was moderate. Conclusion: There was significant correlation between ASSR, behavioral audiometry, click ABR only for 2k and 4kHz, tone burst ABR. The acoustic reflex can be use to add accuracy in the infant diagnosis

A habilidade de se preparar para futuros eventos é essencial para o comportamento. No presente trabalho, investigamos como diferentes formas de expectativa temporal podem modular o processamento de estímulos sensoriais. Por meio de 4 experimentos psicofísicos, sendo 2 com registro eletroencefalográfico (EEG) concomitante, nós estudamos o efeito da ação motora voluntária e da expectativa temporal em diferentes estágios do processamento sensorial. Nossos resultados sugerem que mecanismos ligados à preparação motora influenciam a percepção temporal das consequências desta ação. Além disso, nossos resultados mostraram que a atenção temporal pode modular estágios motores e sensoriais do processamento. Em conjunto, nossos resultados sugerem que expectativas temporais podem influenciar diferentes estágios do processamento principalmente por meio do controle de excitabilidade cortical de regiões do sistema nervoso central ligadas àquela tarefa. / The ability to anticipate future events is essential for behavior. On the present work, we investigated how different forms of temporal expectations can modulate stimuli processing. In four psychophysical experiments (two of them with EEG) we studied how voluntary action and temporal attention can influence processing at different stages. Our results suggest that mechanisms related to motor preparation can bias the temporal perception of the consequences of this action. Moreover, we found that temporal attention can modulate perceptual and motor stages of stimulus processing. Altogether, our results suggest that temporal expectations can influence different levels of target processing, mainly by controlling cortical excitability of task-relevant regions of the central nervous system.

O estudo da acuidade Vernier (VRN) revela a capacidade do sistema visual humano em detectar deslocamentos espaciais de poucos arcos de segundos, menores que a distância entre dois cones foveais adjacentes. Tal fato desperta interesse teórico sobre o tema, além de futuras aplicações na área clínica. A acuidade VRN pode ser medida tanto psicofisicamente quanto eletrofisiologicamente. Para a detecção de quebras de colinearidade (acuidade VRN), alguns autores hipotetizam que as células ganglionares (CGs) M da retina provêem sinal adequado da retina ao córtex, e dão suporte ao desempenho psicofísico da tarefa VRN. Em condições de estímulos semelhantes, as células ganglionares magnocelulares (M) em primatas parecem ter precisão espacial com razão sinal-ruído mais alta do que as células parvocelulares (P) . A dependência ao contraste (C) das células M na precisão espacial, frequência espacial, frequência temporal e velocidade do estímulo é mais similar ao desempenho psicofísico em humanos do que comparados aos dados das células P (Rüttiger et al., 2002; Sun et al., 2004). Nós utilizamos o Potencial Provocado Cortical Visual de Varredura (sVEP) para avaliar esta hipótese no nível de processamento intermediário entre as respostas de célula única na retina e a detecção psicofísica. Nós medimos os limiares corticais VRN em função do contraste (14 participantes, média de 28,21 ± 2,8) e lacunas (9 participantes, média de 29,7 ± 5,9). As quebras verticais VRN na colinearidade foram introduzidas em uma grade de onda quadrada horizontal. O estímulo VRN alternou entre um estado alinhado (grades sem quebras) e desalinhado (grades com quebras) a 6 Hz. Durante cada uma das 10 tentativas, o deslocamento aumentou em passos logarítmicos iguais de 0,5 a 7,5. O limiar VRN foi definido no momento do deslocamento em que a extrapolação linear da média vetorial das respostas em 1F atinge zero uV. Os contrastes testados foram: 4, 8, 16, 32, 64, 80%. Os resultados mostram que (1) aos limiares VRN em Log, medidos com sVEP, com o C em Log, diminuíram de forma linear (com uma inclinação de -0,5), similiares às células ganglionares M mas não P (Sun et al., 2004) e próximo às medidas psicofísicas (Sun et al., 2004; Wehrhahn e Westheimer, 1990); (2) Para C 16% obtivemos limiares de hiperacuidade (menor que 1 arcmin). Em altos contrastes a média do limiar foi de 0,37(erro padrão de 0,06 unidades logarítmicas); (3) Os limiares para o 2F tiveram uma dependência para o contraste diferente, com poucos efeitos para contraste abaixo de 16%. (4) As inclinações das linhas de extrapolação dos sVEP para o 1F1 foram 2 a 3 vezes maiores que as inclinações para 2F; (5) No protocolo controle, deslocamentos bidirecionais e simétricos geraram somente respostas no 2F. Os resultados 3 a 5 implicam que os componentes 1F e 2F derivam de neurônios distintos e fundamentam que respostas no 2F refletem respostas de movimento cortical simétrico. A dependência dos limiares de contraste do sVEP VRN (1F) é similiar aos estudos prévios psicofísicos (Sun et al., 2004; Wehrhahn e Westheimer, 1990), e repete a dependência ao contraste das células M (Sun et al., 2004). Estes resultados fundamentam a hipótese que o córtex extrai informações da posição relativa com precisão de hiperacuidade dos sinais advindos das células M / The human visual system is able to detect spatial displacements of a few arcsec, much smaller than the distance between two adjacent foveal cones. Hyperacuity tasks such as Vernier (VRN) have both theoretical importance as well as clinical application. VRN can be measured psychophysically and with sVEP. Some authors hypothesize that M ganglion cells provide the retinal signal to cortex adequate to support Vernier performance. Under stimulus conditions analogous to detection of Vernier offsets, primate magnocellular (M) ganglion cells appear to have more precise spatial localization (with higher Signal to Noise Ratio) than parvocellular (P) cells, and the dependence of M cell spatial precision on contrast (C), spatial frequency, temporal frequency and stimulus velocity is more similar to human psychophysical performance than comparable data from P cells (Ruttiger et al, 2002; Sun et al., 2003, 2004) (Rüttiger et al., 2002; Sun et al., 2004). We measured the C-dependence of cortical VRN thresholds (thd) using the Sweep VEP (sVEP) to help evaluate this hypothesis at a processing level intermediate between single-cell retinal responses and psychophysical detection. We measured Vernier thds using sVEP as function of constrast (12 young adults, age means 28.21 yrs ± 2.8) and Gaps (9 participants, 29.7 ± 5.9) with normal vision. Vertical VRN breaks in colinearity were introduced to a horizontal squarewave grating. The VRN stimulus alternated between aligned (grating w/o breaks) and misaligned (w/breaks) states at 6 (or 10) Hz. During each of ten, 10-s trials, displacement (D) was increased in equal logarithmic steps from 0.5 to 7.5. Vernier thd was defined as the D at which the rising slope of the vector averaged 1F response extrapolated to zero V. The Cs tested were: 4, 8, 16, 32, 64, 80%. We Found: (1) Log Vernier thd measuered with sVEP decreased linearly with log C similar to M- (but not P-) ganglion cells (Sun et al., 2004) with a slope of -0.5, close to that measured psychophysically (Rüttiger et al., 2002; Sun et al., 2004); (2) For C 16% , thds were true hyperacuities (less than 1). At high C, mean thd was 0.37(S.E = 0.06 log units); (3) Thds for 2F had a different C dependence, with little effect of C below 16 %. Thds for 2F were < 1F thds below 16 % C, but were 1F thds beyond 16 %; (4) The slopes of the sVEP extrapolation lines for 1F were 2-3 times > 2F slopes; (5) In a control protocol, symmetric, bidirectional displacements only generated 2F responses. Results 3-5 imply that the 1F and 2F components derive from distinct neurons, and support the notion that 2F responses reflect symmetric cortical motion responses. The C-dependence of sVEP Vernier (1F) thresholds is similar to prior psychophysics (Sun et al., 2004; Wehrhahn e Westheimer, 1990), and recapitulates Mcell C-dependence (Sun et al., 2004). This results support the hypothesis that cortex extracts relative position information with hyperacuity precision preferentially from M cell signals

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-03T12:02:25Z No. of bitstreams: 1 ricardosilvacampos.pdf: 2339851 bytes, checksum: 393ac64fca56412bb1c699c3db8a0c70 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T20:05:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ricardosilvacampos.pdf: 2339851 bytes, checksum: 393ac64fca56412bb1c699c3db8a0c70 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T20:05:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ricardosilvacampos.pdf: 2339851 bytes, checksum: 393ac64fca56412bb1c699c3db8a0c70 (MD5) Previous issue date: 2011-08-29 / A modelagem da eletrofisiologia cardíaca é uma importante técnica para compreender e reproduzir o fenômeno de propagação de ondas elétricas no coração. Cada onda é chamada de potencial de ação e é responsável pela sincronização dos batimentos cardíacos. Este potencial depende de vários fatores, como a capacitância da membrana celular e concentrações de diferentes íons nos meios intra e extracelulares. Tipicamente, estes componentes podem ser representados por circuitos elétricos, que podem ser descritos por equações diferenciais ordinárias. Entretanto, o processo de geração do potencial de ação é complexo e de natureza não-linear. Para simulá-lo através de experimentos in silico, é necessário descrevê-lo através de dezenas de equações e parâmetros. Além disto, é necessário resolver as equações por meio de métodos numéricos eficientes. Visando auxiliar este processo de modelagem, este trabalho possui dois objetivos: 1) desenvolver uma ferramenta para descrever modelos computacionais que funcione através da Web e permita a edição de arquivos CellML { um padrão XML desenvolvido para descrever modelos celulares; 2) aprimorar os métodos numéricos utilizados pela ferramenta AGOS, que transforma CellML em um arquivo C++ que permite a simulação dos modelos. Diferentes métodos de passo de tempo adaptativo foram implementados e os algoritmos foram paralelizados via OpenMP. Esses métodos e técnicas computacionais foram comparados aos já então amplamente adotados pela área, métodos de Euler e BDF, avaliação parcial e Lookup- Tables, para a simulação de quatro diferentes modelos de células cardíacas. Os resultados mostraram que os métodos adaptativos combinados com as técnicas computacionais podem ser até 100 vezes mais velozes do que o método de Euler. / Cardiac electrophysiology modeling is an important technique for studying and simulating the electrical wave propagation on cardiac tissue. The electrical wave initiates and propagates as a pulse that is known as action potential. The action potential is responsible for synchronizing the contraction and relaxation of the cardiac cells during a heartbeat. The cellular components and functions involved in the generation of an action potential are typically described by sets of ordinary differential equations. In-silico experiments of this complex phenomenon involve the description of the mathematical model and its numerical resolution. In this respect, this work targets two different goals. First, we have implemented a Web tool to create and edit cellular components and mathematical equations, based on a XML standard named CellML. The second goal is to improve the numerical resolution of models described in CellML. To this end we implemented different improvements to a previously published tool called AGOS. AGOS translates a CellML file to a C++ code that can be used for the numerical resolution of the model via the Euler or BDF methods. In this work, we have improved the numerical methods of AGOS by implementing and testing two different ways to adapt the time step. In addition, we have implemented a parallel version of the numerical solvers based on OpenMP directives, and added two numerical techniques known as Partial Evaluation and Lookup Tables to AGOS. We compared these computational techniques in terms of execution time, memory consumption and numerical error. Our preliminary results suggest that the adaptive time step methods combined with OpenMP or Lookup Tables and Partial Evaluation can be 100 times faster than the originally implemented Euler Method.

L’addiction se caractérise par une recherche et une consommation pathologiques de la drogue, maintenues malgré leurs conséquences néfastes. C’est une pathologie chronique car, le plus souvent, les tentatives de sevrage se soldent par une rechute. L’addiction à la cocaïne se développe chez 15 à 20 % des usagers, après un usage plus ou moins prolongé. Les solutions thérapeutiques font gravement défaut et c’est un enjeu que de comprendre les mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent cette addiction. Les études cliniques et précliniques proposent que l’addiction résulte d’un déséquilibre entre les circuits cortico-subcorticaux qui gèrent la valeur motivationnelle de la drogue et ceux qui sont impliqués dans le contrôle cognitif inhibiteur. Des changements séquentiels dans des circuits interconnectés qui incluent notamment le noyau basolatéral de l’amygdale, le noyau accumbens et le cortex préfrontal seraient au cœur de processus motivationnels pathologiques et d’une difficulté à inhiber le craving et la consommation. L’étude de l’addiction, à l’échelle des circuits neuronaux, fait face à plusieurs défis. Techniquement limitée chez l’homme, elle peut bénéficier des modèles animaux, mais seulement s’ils capturent des dimensions de la pathologie. Au cours des dix dernières années, de tels modèles ont été mis en œuvre, mais exclusivement chez le rat. Or, les outils pour l’exploration fonctionnelle fine des circuits neuronaux ont été majoritairement développés chez la souris. Un autre défi consiste à pouvoir questionner la fonctionnalité des circuits, en temps réel, sur l’individu se comportant. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif : 1. L’étude de marqueurs de connectivité fonctionnelle chez des rats Addict et des rats Non-addict à la cocaïne. Notre modèle d’addiction à la cocaïne permet d’identifier 15 à 20 % de rats qui, après une période prolongée d’autoadministration intraveineuse de cocaïne, et bien qu’ils aient consommé la même quantité de cocaïne que les autres, montrent une très forte motivation pour la substance, une difficulté à limiter la recherche de drogue, et maintiennent la prise de cocaïne malgré ses conséquences néfastes. L’électrophysiologie in vivo, multi-site, au moyen d’enregistrements unitaires ou de potentiels de champs locaux est un outil de choix pour l’exploration de la connectivité fonctionnelle chez le rongeur. Un défi technique a été de l’adapter pour la coupler à notre modèle d’addiction à la cocaïne chez le rat. Nous avons montré des différences significatives de connectivité fonctionnelle entre rats Addict et Non-addict, suggérant un défaut de fonctionnalité du cortex préfrontal médian (PFM) chez les Addict. 2. L’étude du rôle du cortex prélimbique (PL) dans le contrôle du comportement d’autoadministration de cocaïne chez le rat. Des données récentes de la littérature remettent en cause le dogme selon lequel le PL exerce exclusivement un rôle facilitateur sur les propriétés motivationnelles de la cocaïne. Nous avons cherché à clarifier le rôle du PL dans le comportement d’autoadministration de cocaïne avant que ne se développe une addiction : comprendre son rôle dans l’usage précoce de cocaïne pour, à terme, étudier l’évolution de son implication selon que l’individu développe ou non une addiction. Nous avons montré que l’inactivation du PL peut s’accompagner, chez le même individu, d’une diminution ou d’une exacerbation du comportement de recherche de cocaïne selon les contingences expérimentales. Les neurones du PL émettent des projections vers plusieurs structures. Pour étudier leur rôle dans les effets comportementaux observés, nous avons travaillé à la mise au point d’outils optogénétiques pour la manipulation de l’activité de voies neuronales spécifiques, chez le rat, pour lequel ils sont encore très peu développés. Mes travaux de thèse contribuent tant sur le plan théorique que technique à la compréhension des mécanismes psychobiologiques de l’addiction à la cocaïne. / Drug addiction is characterized by pathological drug seeking and taking, maintained despite their negative consequences. This is a chronic pathology, withdrawal attempts being unsuccessful in most cases. Cocaine addiction develops in about 15 to 20 % of habitual users. For cocaine, therapeutic options are lacking, which could be explained by the relatively poor understanding of the neurobiological mechanisms underlying cocaine addiction to date. Clinical and preclinical studies propose that addiction results from an imbalance between the cortical-subcortical circuits that process motivational value of drug-related stimuli versus those involved in cognitive inhibitory control. Hierarchical sequential changes in distinct, but interconnected circuits, including the basolateral amygdala, the nucleus accumbens and the prefrontal cortex could be at the core of pathological incentive processes and difficulty to control craving and drug taking. Studying addiction at the neuronal circuit level faces many challenges. Technically limited in humans, it can benefit from animal models, but only if they properly capture dimensions of the pathology. Over the last ten years, such models have been developed, but exclusively in rats. However, tools for a refined functional exploration of neuronal circuits have been established mostly in mice, and until recently they have begun to be explored in rats. In addition, another main challenge is the ability to investigate functional connectivity in real time in behaving animals. My thesis work had two objectives: 1. Studying markers of functional connectivity in rats showing a cocaine addiction-like behavior (Addict) or not (Non-addict). Our model of cocaine addiction allows identifying 15-20% of rats that show a high motivation for cocaine, a difficulty to limit drug seeking and that maintain drug taking despite negative consequences. These extreme behaviors occur after prolonged cocaine self-administration and despite that these rats have used a comparable amount of cocaine as compared to the others. In vivo, multi-site electrophysiology recordings, applied to single units or local field potentials, is a tool of choice for studying functional connectivity in rodents. A technical challenge has been to adapt and couple it to our model of cocaine addiction in the rat. We have evidenced significant differences in connectivity between Addict and Non-addict rats, which suggest a default of functionality of the medial prefrontal cortex in the Addict rats. 2. Studying the role of the prelimbic cortex (PL) in cocaine self-administration behavior in the rat. The canonical role of the PL in exclusively promoting drug seeking was recently questioned, with studies involving it also in inhibition of drug seeking. Our first goal was to clarify this role of the PL in early cocaine self-administration, i.e. before addiction-like behavior develops: understanding its early role to eventually compare it to its late role and whether an addiction-like behavior develops or not. We have shown that optogenetic PL inactivation can decrease or increase cocaine seeking in the same individual, according to experimental contingencies. PL neurons project to several remote structures. To study the role of these different neuronal pathways, we have worked in establishing optogenetic tools for the manipulation of specific neuronal pathways, in the rat, for which they are still poorly developed. My thesis work contribute, both theoretically and technically, to the understanding of the psychobiology of cocaine addiction.

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