Introdução: a doença falciforme é uma alteração hereditária, que causa malformação nas hemácias com consequências vaso-oclusivas de potencial dano auditivo. Os estudos que tratam da relação entre alteração auditiva e doença falciforme apresentam grande disparidade de resultados. Em todos os trabalhos consultados, não foram encontrados artigos sobre o potencial evocado auditivo com estímulo de fala nesta população. Objetivo: analisar as respostas obtidas pelos potenciais evocados auditivos em crianças, adolescentes e jovens com a doença falciforme. Métodos: trata-se de um estudo observacional, transversal, com amostra de sujeitos com diagnóstico de doença falciforme, advindos de um ambulatório de hemoglobinopatia de um hospital público, localizado no sul do país. A avaliação audiológica ocorreu após liberação médica e foi realizada por meio dos seguintes procedimentos: anamnese, audiometria tonal liminar, audiometria tonal de altas frequências, timpanometria, emissão otoacústica evocada transiente, potencial evocado auditivo de tronco encefálico com estímulo clique (PEATE) e com estímulo de fala (PEATE-f). Resultados: a amostra foi constituída de 54 sujeitos, com idade entre seis e 24 anos. Em relação ao PEATE, verificou-se alteração em 88,9% da amostra, com diferença estatisticamente significativa no aumento da latência absoluta da onda V (p=0,009) e no interpico I-III (p=0,004), no grupo do sexo masculino (p=0,028). A faixa etária em que a alteração mais se evidenciou foi a dos adolescentes (12 a 18 anos) (p=0,017). Quanto ao PEATE-f, 98,1% da amostra apresentaram alguma alteração, mas não houve diferença estatisticamente significativa entre os gêneros. A latência da onda A foi mais tardiamente detectada na orelha esquerda, na faixa etária da adolescência (p=0,021). Conclusões: verificou-se que a maior parte dos sujeitos da amostra apresentou alterações no PEATE e PEATE-f, apesar de possuir limiares auditivos, medidas de imitância acústica e emissões otoacústicas evocadas transientes normais. É recomendável, portanto, que a avaliação auditiva dos indivíduos com a doença falciforme inclua a pesquisa de potenciais evocados auditivos, visando ao diagnóstico e ao encaminhamento para tratamento específico, tendo em vista a adequada capacidade de compreensão de fala e a prevenção de distúrbios linguísticos, biopsicoemocionais e sociais. / Introduction: sickle cell disease is a hereditary disorder that causes malformation in the red blood cells with vaso-occlusive consequences of potential hearing damage. Studies that deal with the relationship between auditory alteration and sickle cell disease present a great disparity of results. In all the studies consulted, no articles on the auditory evoked potential with speech stimulus in this population were found. Objective: to analyze the responses obtained by evoked auditory brainstem response in children, adolescents and young people with sickle cell disease. Methods: it is an observational, cross-sectional study with a sample of subjects with sickle cell disease diagnosed from a hemoglobinopathy outpatient clinic located in the south of the country. The audiological evaluation occurred after medical release and was performed through the following procedures: anamnesis, tonal threshold audiometry, high frequency tone audiometry, tympanometry, transient evoked otoacoustic emission, evoked auditory brainstem response (ABR) and peech-evoked auditory brainstem response (cABR). Results: the sample consisted of 54 subjects, from six to 24 years old. In relation to ABR, there was change in 88,9% of the sample, with a statistically significant difference in the increase of the absolute latency of the V wave (p = 0.009) and in the interpeak I-III (p = 0.004) in the male group (p = 0.028). The age group in which the change was most evident was the adolescent (12 to 18 years) (p = 0.017). Concerning cABR, 98,1% of the sample had some alteration, but there was no statistically significant difference between the genders. The latency of wave A was later detected in the left ear in the adolescence age group (p = 0.021). Conclusions: It was verified that most of the subjects of the sample presented alterations in ABR and cABR, despite having auditory thresholds, acoustic immitance measures and normal transient evoked otoacoustic emissions. It is recommended, therefore, that the auditory evaluation of individuals with sickle cell disease should include the search for auditory evoked potentials, aiming at diagnosis and referral for specific treatment, in view of the adequate ability to understand speech and the prevention of language disorders, biopsychological and social.

A aplicação de corrente elétrica na pele humana estimula alguns dos nervos periféricos e fibras do corpo humano, causando diversas reações tais como o aumento da produção de suor. Além disso, a análise dessas reações pode ser usada para diagnosticar doenças como diabetes. No entanto, grande parte dos aparelhos de estimulação elétrica comerciais utilizam sinais de onda quadrada. Esses sinais não são ideais uma vez que estimulam não somente as glândulas desejadas (fibras C), mas também as fibras A-delta do corpo, responsáveis pela sensação rápida de dor. Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema eletrônico para controlar a estimulação elétrica da pele humana. O objetivo do sistema é tornar possível o teste diferentes padrões de pulsos de corrente elétrica, a fim de obter a forma ideal para maximizar os efeitos desejados com um mínimo de dor. Como resultado do projeto tem-se o desenvolvimento de um dispositivo eletrônico microcontrolado que gera pulsos elétricos baseados em sinais pré-programados recebidos de um PC via USB. Além disso, o sistema é capaz de medir o valor da impedância da pele durante a estimulação elétrica, o que pode complementar o processo de diagnóstico. Os resultados dos testes realizados com o sistema mostraram que a intensidade da dor durante a estimulação pode ser minimizada apenas com a forma do pulso, sem a alteração da amplitude e da energia do sinal. Além disso, uma pequena diferença na impedância da pele foi observada quando diferentes formas de onda foram aplicadas. / It has been found that electrical current applied to the human skin stimulates some of the peripheral nerves and fibers of the human body, causing several reactions such as the increase of sweat production. Moreover the analyses of such reactions can be used to diagnose some diseases, for example diabetes. Nevertheless, most of the electrical stimulation devices, which use mostly square wave signals, are not optimal since they stimulate not only the desired glands (C-fiber) but also the Aδ-fibers of the body, responsible for the fast pain sensation. In this context, this work presents the development of a microcontroller based electronic system for controlling the electrical stimulation of human skin. The objective of the system was to make it possible to test different patterns of electric current pulses, in order to obtain the ideal shape for maximizing the desired stimulation effects with minimal pain. The result of the project was an electronic device that generates electrical pulses based on pre-programmed signals, which are received through a USB interface from a PC. Moreover the system was able to measure the skin impedance value during the electrical stimulation, complementing the diagnosis. The results of the tests carried out with the system showed that the pain intensity during the stimulation could be minimized according to the pulse shape not changing the amplitude and energy of the signal. Moreover a slight difference in the skin impedance was observed when different shapes were applied.

A aplicação de corrente elétrica na pele humana estimula alguns dos nervos periféricos e fibras do corpo humano, causando diversas reações tais como o aumento da produção de suor. Além disso, a análise dessas reações pode ser usada para diagnosticar doenças como diabetes. No entanto, grande parte dos aparelhos de estimulação elétrica comerciais utilizam sinais de onda quadrada. Esses sinais não são ideais uma vez que estimulam não somente as glândulas desejadas (fibras C), mas também as fibras A-delta do corpo, responsáveis pela sensação rápida de dor. Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema eletrônico para controlar a estimulação elétrica da pele humana. O objetivo do sistema é tornar possível o teste diferentes padrões de pulsos de corrente elétrica, a fim de obter a forma ideal para maximizar os efeitos desejados com um mínimo de dor. Como resultado do projeto tem-se o desenvolvimento de um dispositivo eletrônico microcontrolado que gera pulsos elétricos baseados em sinais pré-programados recebidos de um PC via USB. Além disso, o sistema é capaz de medir o valor da impedância da pele durante a estimulação elétrica, o que pode complementar o processo de diagnóstico. Os resultados dos testes realizados com o sistema mostraram que a intensidade da dor durante a estimulação pode ser minimizada apenas com a forma do pulso, sem a alteração da amplitude e da energia do sinal. Além disso, uma pequena diferença na impedância da pele foi observada quando diferentes formas de onda foram aplicadas. / It has been found that electrical current applied to the human skin stimulates some of the peripheral nerves and fibers of the human body, causing several reactions such as the increase of sweat production. Moreover the analyses of such reactions can be used to diagnose some diseases, for example diabetes. Nevertheless, most of the electrical stimulation devices, which use mostly square wave signals, are not optimal since they stimulate not only the desired glands (C-fiber) but also the Aδ-fibers of the body, responsible for the fast pain sensation. In this context, this work presents the development of a microcontroller based electronic system for controlling the electrical stimulation of human skin. The objective of the system was to make it possible to test different patterns of electric current pulses, in order to obtain the ideal shape for maximizing the desired stimulation effects with minimal pain. The result of the project was an electronic device that generates electrical pulses based on pre-programmed signals, which are received through a USB interface from a PC. Moreover the system was able to measure the skin impedance value during the electrical stimulation, complementing the diagnosis. The results of the tests carried out with the system showed that the pain intensity during the stimulation could be minimized according to the pulse shape not changing the amplitude and energy of the signal. Moreover a slight difference in the skin impedance was observed when different shapes were applied.

Introdução: a doença falciforme é uma alteração hereditária, que causa malformação nas hemácias com consequências vaso-oclusivas de potencial dano auditivo. Os estudos que tratam da relação entre alteração auditiva e doença falciforme apresentam grande disparidade de resultados. Em todos os trabalhos consultados, não foram encontrados artigos sobre o potencial evocado auditivo com estímulo de fala nesta população. Objetivo: analisar as respostas obtidas pelos potenciais evocados auditivos em crianças, adolescentes e jovens com a doença falciforme. Métodos: trata-se de um estudo observacional, transversal, com amostra de sujeitos com diagnóstico de doença falciforme, advindos de um ambulatório de hemoglobinopatia de um hospital público, localizado no sul do país. A avaliação audiológica ocorreu após liberação médica e foi realizada por meio dos seguintes procedimentos: anamnese, audiometria tonal liminar, audiometria tonal de altas frequências, timpanometria, emissão otoacústica evocada transiente, potencial evocado auditivo de tronco encefálico com estímulo clique (PEATE) e com estímulo de fala (PEATE-f). Resultados: a amostra foi constituída de 54 sujeitos, com idade entre seis e 24 anos. Em relação ao PEATE, verificou-se alteração em 88,9% da amostra, com diferença estatisticamente significativa no aumento da latência absoluta da onda V (p=0,009) e no interpico I-III (p=0,004), no grupo do sexo masculino (p=0,028). A faixa etária em que a alteração mais se evidenciou foi a dos adolescentes (12 a 18 anos) (p=0,017). Quanto ao PEATE-f, 98,1% da amostra apresentaram alguma alteração, mas não houve diferença estatisticamente significativa entre os gêneros. A latência da onda A foi mais tardiamente detectada na orelha esquerda, na faixa etária da adolescência (p=0,021). Conclusões: verificou-se que a maior parte dos sujeitos da amostra apresentou alterações no PEATE e PEATE-f, apesar de possuir limiares auditivos, medidas de imitância acústica e emissões otoacústicas evocadas transientes normais. É recomendável, portanto, que a avaliação auditiva dos indivíduos com a doença falciforme inclua a pesquisa de potenciais evocados auditivos, visando ao diagnóstico e ao encaminhamento para tratamento específico, tendo em vista a adequada capacidade de compreensão de fala e a prevenção de distúrbios linguísticos, biopsicoemocionais e sociais. / Introduction: sickle cell disease is a hereditary disorder that causes malformation in the red blood cells with vaso-occlusive consequences of potential hearing damage. Studies that deal with the relationship between auditory alteration and sickle cell disease present a great disparity of results. In all the studies consulted, no articles on the auditory evoked potential with speech stimulus in this population were found. Objective: to analyze the responses obtained by evoked auditory brainstem response in children, adolescents and young people with sickle cell disease. Methods: it is an observational, cross-sectional study with a sample of subjects with sickle cell disease diagnosed from a hemoglobinopathy outpatient clinic located in the south of the country. The audiological evaluation occurred after medical release and was performed through the following procedures: anamnesis, tonal threshold audiometry, high frequency tone audiometry, tympanometry, transient evoked otoacoustic emission, evoked auditory brainstem response (ABR) and peech-evoked auditory brainstem response (cABR). Results: the sample consisted of 54 subjects, from six to 24 years old. In relation to ABR, there was change in 88,9% of the sample, with a statistically significant difference in the increase of the absolute latency of the V wave (p = 0.009) and in the interpeak I-III (p = 0.004) in the male group (p = 0.028). The age group in which the change was most evident was the adolescent (12 to 18 years) (p = 0.017). Concerning cABR, 98,1% of the sample had some alteration, but there was no statistically significant difference between the genders. The latency of wave A was later detected in the left ear in the adolescence age group (p = 0.021). Conclusions: It was verified that most of the subjects of the sample presented alterations in ABR and cABR, despite having auditory thresholds, acoustic immitance measures and normal transient evoked otoacoustic emissions. It is recommended, therefore, that the auditory evaluation of individuals with sickle cell disease should include the search for auditory evoked potentials, aiming at diagnosis and referral for specific treatment, in view of the adequate ability to understand speech and the prevention of language disorders, biopsychological and social.

A sinalização muscarínica exerce função modulatória sobre diferentes aspectos da cognição e emoções. Todos os cinco subtipos de receptores muscarínicos (mAChR), M1 a M5, são expressos no hipocampo de mamíferos e são ativados de forma sobreposta pela maioria dos fármacos, dificultando avanços significativos na compreensão da contribuição de cada componente desse sistema. A toxina muscarínica 3 (MT3) é um antagonista seletivo para o subtipo M4, permitindo a investigação das ações modulatórias deste receptor no aprendizado, memória e plasticidade sináptica. Os M4 são receptores acoplados à proteína G (GPCRs) que atuam via Gi/o desencadeando efeitos inibitórios sobre as células em que estão presentes. Estudos comportamentais anteriores indicam que a administração de MT3 imediatamente após o treino em uma tarefa aversiva produz efeito amnéstico, enquanto que a administração antes da evocação, causa facilitação. Uma explicação para estes resultados é que os circuitos locais envolvidos na consolidação e na evocação da memória diferem em sua natureza. Nesse contexto, sugere-se que o efeito amnéstico da MT3 sobre a consolidação seja consequência da supressão da inibição de interneurônios GABAérgicos; enquanto que na evocação, esse efeito se daria sobre as sinapses glutamatérgicas. Assim, no presente trabalho, com o objetivo de investigar como o receptor M4 modula a plasticidade sináptica de longa duração e interage com uma dessas sinalizações, no caso a GABAérgica, utilizou-se a técnica de eletrofisiologia in vivo de hipocampo de ratos anestesiados. Para tanto, foram realizados registros extracelulares do potencial excitatório pós-sináptico de campo (fEPSP) de CA1 evocados por estimulação contralateral da via Colateral de Schaffer com infusão dos fármacos 15 min antes ou depois da estimulação elétrica de alta ou baixa frequência (HFS: 10 trens 0,5 Hz, 20 pulsos 100 Hz; ou LFS: 600 pulsos 1 Hz, respectivamente). MT3 (4,0 μg/μl), bicuculina (0,06 μg/μl), baclofen (0,2 μg/μl) e veículo, isoladamente ou combinados, não alteraram a amplitude da resposta evocada basal ou a facilitação por pulso pareado (FPP) 15 min após a infusão. MT3 aparentemente atenuou, mas não de forma significativa, a potenciação de longa duração (LTP) em relação ao controle (potenciação 60 min após a HFS de 31,8% e 66,0%, respectivamente). Além disso, não houve diferença significativa entre a amplitude do fEPSP no período basal e 60 min após a HFS sob ação da MT3. Bicuculina, embora não tenha abolido a LTP e nem causado alteração na FPP, produziu uma potenciação de apenas 36,4%. Baclofen promoveu uma potenciação semelhante à dos controles. A administração de baclofen também reduziu significativamente a FPP em relação ao basal. A administração conjunta de MT3 com bicuculina ou baclofen promoveu uma potenciação semelhante ao controle. MT3 não apresentou efeito sobre a manutenção da LTP quando aplicada 15 min após a HFS. Por fim, não foi possível induzir a depressão de longa duração (LTD) com o protocolo de LFS utilizado. Embora não tenha ocorrido diferença estatisticamente significativa entre os grupos devido ao baixo número de animais utilizados, os dados sugerem a possibilidade de uma amplitude reduzida da LTP quando da injeção de bicuculina. Baclofen alterou a FPP em relação ao fEPSP basal, o mesmo não tendo sido observado no grupo controle. Com a administração concomitante de MT3, tais alterações deixam de ser identificadas. Ainda que os achados experimentais sejam inconclusivos e preliminares, este trabalho permitiu a padronização da técnica de eletrofisiologia in vivo em animal anestesiado o que abre portas para futuras investigações. / The cholinergic muscarinic system exerts modulatory function over different aspects of cognition and emotion. All five muscarinic receptors subtypes (mAChR), M1 to M5, are expressed at mammals hippocampus and at least two of them are simultaneously activated by most of the drugs, hindering significant advances on the role of each component of this system. The muscarinic toxin 3 (MT3) is a selective antagonist for the M4 subtype, allowing the investigation of the modulatory actions of this receptor over learning, memory and synaptic plasticity. The M4 are G protein coupled receptors (GPCRs) that act through Gi/o triggering inhibitory effects on which cells they are occur. Previous behavioral studies have shown that administration of MT3 soon after aversive task training exerts amnestic effects over memory, while administration prior to recall, leads to facilitation. A possible explanation to these results could be that the local circuits involved on memory consolidation and recall are different in nature. On this perspective, the amnestic effect of MT3 over memory consolidation should be consequence of GABAergic interneurons inhibition suppression; while the effect on recall, should be over glutamatergic synapses modulation. Thereby, the present work, with the objective to investigate how the M4 receptor modulates long-term synaptic plasticity and interacts with the GABAergic system, in vivo electrophysiological approach of anesthetized rats’ hippocampus was applied. Hence, field excitatory postsynaptic potentials (fEPSP) from CA1 were recorded after stimulation of contralateral Schaffer Collateral pathway with drugs infusion 15 min before or after high or low frequency electric stimulation (HFS: 10 trains 0.5 Hz, 20 pulses 100 Hz; LFS: 600 pulses 1 Hz, respectively). Neither MT3 (4.00 μg/μl), bicuculline (0.06 μg/μl), baclofen (0.20 μg/μl) nor vehicle, isolated or combined, changed the baseline evoked response amplitude 15 min after infusion nor the paired-pulse facilitation ratio (PPF). MT3 apparently attenuated, but not significantly, the long-term potentiation (LTP) compared to control (31.8% and 66.0% potentiation 60 min after HFS, respectively). In addition, there was no significant difference between baseline and 60 min after HFS fEPSP amplitude at MT3 group. Bicuculline, although did not abolish LTP neither changed PPF, it did produce a potentiation of only 36.4%. Baclofen induced a potentiation similar to control group. Baclofen administration also significantly reduced PPF compared to baseline. The simultaneous administration of MT3 and bicuculline or baclofen led to a potentiation similar to the control group. MT3 did not show any effect over LTP maintenance when applied 15 min after HFS. Lastly, it was not possible to induce long-term depression (LTD) with the used LFS protocol. Although there was no statistical significance between groups due to the low animal numbers used, data suggest that bicuculline had reduced LTP amplitude. Baclofen did alter PPF and the same was not observed on control group. When bicuculline or baclofen were injected with MT3, those alterations were not observed. These are inconclusive and preliminary results, notwithstanding this work allowed to set up the in vivo electrophysiology technique in anesthetized animals what will provide new tools for future research.

A atividade de neurônios em rajadas de disparo (bursts) é onipresente em sistemas nervosos. No entanto, o papel funcional dos bursts na codificação de informação ainda não é completamente compreendido. A dinâmica de burst tem sido intensivamente estudada em centros geradores de padrões (CPGs) que são exemplos clássicos de sistema nervoso autônomo em que a atividade em bursts está diretamente associada ao controle motor. Estudos recentes investigaram pequenas perturbações na dinâmica aparentemente periódica de neurônios com atividade em burst (bursters): padrões sutis nos tempos de disparo (spikes) dentro de um mesmo burst. Padrões de spikes intraburst (PSIBs) são tradicionalmente negligenciados por falta de relação com a função motora do CPG, no entanto, esses estudos mostraram que PSIBs são específicos para cada tipo de célula do CPG estomatogástrico de crustáceos e além disso, são capazes de refletir mudanças na conectividade da rede, indicando um possível papel na codificação de informação. Nesse trabalho, abordamos esse assunto investigando como um neurônio motor com atividade em bursts expressa informação a respeito de outros neurônios da rede através dos PSIBs. Realizamos experimentos registrando a atividade de neurônios pilóricos do gânglio estomatogástrico tanto na rede intacta como em uma rede híbrida na qual um neurônio pilórico interage em tempo real com um neurônio modelo através de uma sinapse artificial. Para inferir a sensibilidade dos PSIBs pós sinápticos aos pré-sinápticos desenvolvemos uma ferramenta de análise baseada em Teoria da Informação para encontrar padrões de máxima informação (ou seja, encontrar o bin que produz PSIBs de máxima entropia) e calcular informação mútua média entre eles (IMM) ao longo do burst de cada neurônio. Esta ferramenta também é potencialmente útil à análise de outros tipos de processos puntuais por fornecer um método de revelar informação oculta em padrões de eventos. Encontramos que um único neurônio motor é capaz de expressar no início de seu burst informação contida nos PSIBs do início do burst anterior do neurônio pré-sináptico. Esse fenômeno é observado em diferentes espécimes e espécies, o que sugere um mecanismo geral de codificação de informação. Além disso, esse efeito foi reproduzido em experimentos com uma rede híbrida, onde os estímulos pré-sinápticos são totalmente controlados, livre de qualquer influência de outros elementos no circuito. Esses resultados sugerem que a microestrutura dos padrões de disparo pré-sinápticos são codificadas se dá através de uma única sinapse, de maneira não linear e não homogênea nos PSIBs pós sinápticos. Dessa forma, neurônios motores são capazes de usar escalas de tempo diferentes para expressar dois tipos de informação: o ritmo de burst (associado à taxa de disparo) carrega informação sobre a contratação motora, enquanto que em uma escala de tempo muito menor, os PSIBs (associados à codificação temporal) expressam informação sobre o comportamento de outros neurônios do CPG. Além disso, encontramos que a informação dos PSIBs de um neurônio pilórico é codificada na estrutura temporal de disparo das unidades ativas registradas em um nervo do sistema estomatogástrico que projeta em áreas sensoriais do cérebro do animal. Assim, o mecanismo de codificação descrito pode ser parte de uma via de transmissão de informação previamente desconhecida, sugerindo que a codificação de informação através dos PSIBs poderia ser aproveitada para a regulação dos padrões de disparo em circuitos remotos pelo sistema nervoso central. / Burst firing is ubiquitous in nervous systems. However, the functional role of burst firing in information coding is mostly unknown. Bursting dynamics have been intensively studied in Central Pattern Generators (CPGs), classical examples of autonomous nervous circuits in which the most conspicuous bursting activity is clearly associated to motor function. Recent studies have investigated small perturbations embedded in the otherwise seemingly periodic bursting: the subtle intra-burst spike timing patterns (IBSPs), traditionally neglected for their lack of relation to the CPG motor function. Moreover, IBSPs were found to be cell-type specific and able to reflect changes in CPG connectivity, indicating a potential role in information coding. Here we addressed this matter by investigating how a bursting motor neuron expresses information about other neurons in the network. We performed experiments on the crustacean stomatogastric pyloric CPG, both in control conditions and when interacting in real-time with computer model neurons. The sensitivity of post- to pre-synaptic IBSPs was inferred by computing their average mutual information along each neuron burst. We found that a single motor neuron is able to express, at the beginning of its burst, information about the IBSPs of the beginning of the pre synaptic neuron\'s burst. This phenomenon is observed in different specimens and species, sugesting a genera information coding mechanism. Moreover, this effect was reproduced in a hybrid circuit, in which the presynaptic stimuli are completely controled by the experimenter free of any influence of other elements in the circuit. These results suggest that the presynaptic spiking microstructure are non-linearly and in homogeneously encoded through a single synapse in the post synaptic IBSPs. This way, motor neurons are able to use different time scales to express two types of information simultaneously: muscle contraction (related to bursting rate), and the behavior of other CPG neurons (in a much smaller timescale by using IBSPs as information carriers). Therefore, the coding mechanism described takes part in a previously unsuspected information pathway, providing evidence of the general physiological role of information coding through IBSPs in the regulation of neuronal _ring patterns in remote circuits by the central nervous system.

Este trabalho descreve as pesquisas e desenvolvimentos em instrumentação eletrônica computacional, realizados para viabilizar experiências na área de neurobiofísica, tendo como objetivos principais a geração de estímulos visuais para invertebrados e a captação de sinais eletrofisiológicos gerados por sistemas biológicos sensoriais submetidos a estímulos. Trata-se de um conjunto de equipamentos que, operando de maneira integrada, são capazes de fornecer e sincronizar estímulos, realizar a aquisição dos dados de sinais neurais a serem utilizados para controle e análise em experiências in vivo\" nos estudos da visão de invertebrados no Laboratório de Neurobiofísica - DipteraLab do IFSC. A integração desta instrumentação eletrônica visa facilitar a sua utilização durante os experimentos, permitindo o acompanhamento das aquisições de dados neurais, viabilizando a realização de experimentos com alterações dos estímulos através de realimentação em tempo real. / This work describes the research and development of computational instrumentation to be used in experimental neurobiophysics. The developed electronic modules operate in an integrated manner and are used to generate visual stimuli for invertebrates and capture electrophysiological signals generated by biological systems subjected to sensory stimuli. They are able to provide synchronized stimuli and perform data acquisition of neural signals events to be used for control and analysis of vision experiments with invertebrates at the Laboratory of Neurobiophysics Dipteralab Laboratory, at the IFSC. The integration of electronic instrumentation facilitate its use during experiments allowing, through its monitoring capabilities of the neural data acquisition, the realization of experiments with real time stimuli changes through feedback. The possibility to perform pre-analyses of neural responses in behavioral closed loop experiments is also implemented.

Formigas são insetos eusociais intensamente dependentes da comunicação química, possuindo características morfológicas, bioquímicas, fisiológicas e comportamentais adaptadas a um estilo de vida circundado por mensagens químicas. Esta peculiaridade olfativa do ponto de vista biológico, reflete nos padrões altamente polimórficos encontrados nas colônias dos grupos mais derivados, como as formigas cortadeiras (Attini). Assim, as castas e sub castas encontradas nos ninhos de formigas do gênero Atta, possuiriam características, como os órgãos olfativos e a sensibilidade eletrofisiológica, variáveis de acordo com seus tamanhos corpóreos e funções exercidas na colônia. Portanto, haveria uma correlação direta ou indireta do tamanho das formigas, os perfis comportamentais e comunicação química nessas espécies. Essa relação poderia ser vista em diversas atividades, como a limpeza entre os indivíduos e a troca de alimentos via oral. Dessa forma, a presente tese foca na interação entre o polimorfismo, polietismo e comunicação química nas formigas de Atta sexdens. Ainda descreve a participação das operárias e rainha nos comportamentos de grooming e trofalaxia, ligando-os à possível função de dispersão de hidrocarbonetos de cutícula na colônia. A tese esta dividida em quatro capítulos. O Capítulo 1, compreendeu uma introdução dos conhecimentos abordados em toda tese, e as linhas gerais do trabalho. No Capítulo 2, foi realizado uma descrição quantitativa e qualitativa das sensilas em todas as castas e sub castas encontradas em ninhos de A. sexdens. Os resultados indicaram que esses órgãos sensoriais variaram de acordo com os padrões polimórficos e perfis etológicos. O Capítulo 3 abordou as respostas eletrofisiológicas da antenas a diferentes feromônios, comparando todos os grupos polimórficos de A. sexdens. Foram observados neste caso, similaridades e discrepâncias na sensibilidade aos conteúdos das glândulas de veneno, Dufour e mandibular entre as sub castas (jardineiras, generalistas, forrageiras e soldados), e também entre os machos e rainhas, possibilitando a correlação com as atividades que exercem no ninho. No Capítulo 4 investigou-se a participação de cada tipo de operárias de A. sexdens nos comportamentos de trofalaxia, allogrooming e self-grooming, relacionando-os com a presença da rainha dentro da câmara. Adicionalmente, frente aos resultados, as diferentes ações das sub castas nesses comportamentos puderam ser associadas à possível importância da limpeza e troca de alimentos na dispersão de compostos de reconhecimento e formadores do gestalt químico da colônia. Estes resultados, contribuem para uma melhor compreensão do complexo cenário sustentado pela eusocialidade, ecologia química, percepção olfativa e comportamento nas formigas cortadeiras. / Ants are eusocial insects intensely dependent on chemical communication. They have morphological, biochemical, physiological and behavioral features adapted to a life surrounded by many molecules messages. Furthermore, each olfactory peculiarity in any of the biological level mentioned above, reflects on the highly polymorphic patterns found in the colonies of the most derived groups, as the leaf cutter ants (Attini). Thus, the castes and sub castes of Atta ants, would have characteristics, as olfactory organs and electrophysiological sensibility, that vary following the body sizes and tasks performed in the colonies. Therefore, it would have a direct or indirect correlation among the sizes of the ants, their ethological profiles and the chemical communication in these species. This relation could be seen over different activities, as the grooming and oral trophallaxis. In this way, this thesis focus in the interaction among the polymorphism, polyethism and chemical communication in Atta sexdens. It still describes the participation of workers and queen in grooming and trophallaxis, linking them to a possible role in cuticular hydrocarbon dispersion over the colony. The thesis is divided in four chapters. In the Chapter 1, it is presented an introduction to the knowledge explored in all thesis, and also its outline. In the Chapter 2, there is a quantitative and qualitative description of sensilla from all castes and sub castes of A. sexdens, showing that these sensory organs vary following the polymorphic patterns and ethological profiles. The Chapter 3 explores the differences in the antennae electrophysiological responses to three pheromones, comparing them with all polymorphic groups of A. sexdens. The results demonstrate similarities and discrepancies in the sensibility to the contents of poison, Dufour and mandibular glands among the sub castes (gardeners, generalists, foragers and soldiers), and also between males and queens, enabling a correlation with their tasks. In the Chapter 4, it is investigated the roles of each type of A. sexdens workers in the trophallaxis, allogrooming and self-grooming behaviors, relating them with the queen presence. Additionally, and based in the results, the different roles of the sub castes can be associated to a possible action of grooming and trophallaxis in the dispersion of intraspecific recognition molecules and in the formation of a colony chemical gestalt. All results and discussion distributed along the thesis, therefore, contribute to a better understanding of a complex scenario, supported by the eusociality, chemical ecology, olfactory perception and behavior of the leaf cutter ants.

INTRODUÇÃO: O nervo facial (NF) desempenha um papel importante em diversas funções fisiológicas do organismo e controla a musculatura da mímica facial, responsável por transmitir sentimentos e emoções. O tratamento padrão-ouro para reconstrução do NF após trauma com secção é a anastomose término-terminal com cola de fibrina, que na maioria dos casos ainda produz resultados subótimos. Por isso, objetivou-se testar o efeito de uma nova técnica de reconstrução usando um protocolo de fusão axonal por polietilenoglicol (PEG), denominada sutura química, utilizando parâmetros eletrofisiológicos e histomorfométricos. MÉTODOS: Ratos Wistar foram divididos em 4 grupos. Após transecção do ramo mandibular do NF, o grupo controle foi submetido a anastomose dos cotos neurais com microssuturas. O grupo 2 foi tratado com microssuturas mais a sutura química. A sutura química consistiu de lavagem dos cotos neurais com solução de Krebs hipotônica contendo azul de metileno antes das microssuturas. Depois da sutura, seguiu-se a lavagem com solução de PEG e, por último, aplicação de solução de Krebs contendo cálcio. O grupo 3 recebeu microssuturas mais a solução com azul de metileno. E o grupo 4 foi tratado com microssuturas mais a solução de PEG. Os potenciais de ação musculares compostos (PAMCs) foram avaliados no pré-operatório e após 3 e 6 semanas das intervenções. A análise histomorfométrica foi realizada após 6 semanas. RESULTADOS: Os animais submetidos à sutura química apresentaram maior amplitude e menor duração dos PAMCs 3 e 6 semanas após a cirurgia em comparação com todos os demais grupos; na análise histológica, apresentaram maior contagem axonal e maior diâmetro axonal. CONCLUSÕES: A sutura química produziu recuperação mais intensa do NF após secção e sutura quando comparada à sutura isoladamente, pela avaliação eletrofisiológica e histomorfométrica, e pode ser útil em situações clinicas nas quais haja secção seguida de reparo neural imediato / BACKROUND: The gold standard treatment for traumatic transection of the FN continues to be end-to-end anastomosis using fibrin glue, which often yields unsatisfying results. OBJECTIVE: To test the outcome of a novel method of polyethylene glycol (PEG)-fusion on FN transection using electrophysiological and histophormometric parameters. METHODS: Wistar rats were divided into 4 groups. After FN transection, the control group was submitted to end-to-end anastomosis with microsutures. Group 2 was submitted to microsutures plus the PEG-fusion protocol. This protocol consisted in bathing nerve stumps with a calcium-free Krebs solution containing methylene blue (MB) before suturing. After suturing, the repaired nerve received a PEG solution followed by a calcium-containing Krebs solution. Group 3 received microsutures plus the MB solution and group 4 received microsutures plus the PEG solution. Compound muscle action potentials (CMAPs) were recorded before the intervention and 3 and 6 weeks afterwards. Histomorphometric analysis was done at 6 weeks time. RESULTS: The PEG-fusion protocol yielded larger CMAP amplitude, smaller CMAP duration at 3 and 6 weeks and a larger axon count and axon diameter. Between the other groups, no significant difference was seen. CONCLUSION: PEG-fusion produces better FN recovery after transection, when considering electrophysiological and histomorphometric analysis and may be of use in clinical scenarios of FN cut-severance followed by immediate repair

A sinalização muscarínica exerce função modulatória sobre diferentes aspectos da cognição e emoções. Todos os cinco subtipos de receptores muscarínicos (mAChR), M1 a M5, são expressos no hipocampo de mamíferos e são ativados de forma sobreposta pela maioria dos fármacos, dificultando avanços significativos na compreensão da contribuição de cada componente desse sistema. A toxina muscarínica 3 (MT3) é um antagonista seletivo para o subtipo M4, permitindo a investigação das ações modulatórias deste receptor no aprendizado, memória e plasticidade sináptica. Os M4 são receptores acoplados à proteína G (GPCRs) que atuam via Gi/o desencadeando efeitos inibitórios sobre as células em que estão presentes. Estudos comportamentais anteriores indicam que a administração de MT3 imediatamente após o treino em uma tarefa aversiva produz efeito amnéstico, enquanto que a administração antes da evocação, causa facilitação. Uma explicação para estes resultados é que os circuitos locais envolvidos na consolidação e na evocação da memória diferem em sua natureza. Nesse contexto, sugere-se que o efeito amnéstico da MT3 sobre a consolidação seja consequência da supressão da inibição de interneurônios GABAérgicos; enquanto que na evocação, esse efeito se daria sobre as sinapses glutamatérgicas. Assim, no presente trabalho, com o objetivo de investigar como o receptor M4 modula a plasticidade sináptica de longa duração e interage com uma dessas sinalizações, no caso a GABAérgica, utilizou-se a técnica de eletrofisiologia in vivo de hipocampo de ratos anestesiados. Para tanto, foram realizados registros extracelulares do potencial excitatório pós-sináptico de campo (fEPSP) de CA1 evocados por estimulação contralateral da via Colateral de Schaffer com infusão dos fármacos 15 min antes ou depois da estimulação elétrica de alta ou baixa frequência (HFS: 10 trens 0,5 Hz, 20 pulsos 100 Hz; ou LFS: 600 pulsos 1 Hz, respectivamente). MT3 (4,0 μg/μl), bicuculina (0,06 μg/μl), baclofen (0,2 μg/μl) e veículo, isoladamente ou combinados, não alteraram a amplitude da resposta evocada basal ou a facilitação por pulso pareado (FPP) 15 min após a infusão. MT3 aparentemente atenuou, mas não de forma significativa, a potenciação de longa duração (LTP) em relação ao controle (potenciação 60 min após a HFS de 31,8% e 66,0%, respectivamente). Além disso, não houve diferença significativa entre a amplitude do fEPSP no período basal e 60 min após a HFS sob ação da MT3. Bicuculina, embora não tenha abolido a LTP e nem causado alteração na FPP, produziu uma potenciação de apenas 36,4%. Baclofen promoveu uma potenciação semelhante à dos controles. A administração de baclofen também reduziu significativamente a FPP em relação ao basal. A administração conjunta de MT3 com bicuculina ou baclofen promoveu uma potenciação semelhante ao controle. MT3 não apresentou efeito sobre a manutenção da LTP quando aplicada 15 min após a HFS. Por fim, não foi possível induzir a depressão de longa duração (LTD) com o protocolo de LFS utilizado. Embora não tenha ocorrido diferença estatisticamente significativa entre os grupos devido ao baixo número de animais utilizados, os dados sugerem a possibilidade de uma amplitude reduzida da LTP quando da injeção de bicuculina. Baclofen alterou a FPP em relação ao fEPSP basal, o mesmo não tendo sido observado no grupo controle. Com a administração concomitante de MT3, tais alterações deixam de ser identificadas. Ainda que os achados experimentais sejam inconclusivos e preliminares, este trabalho permitiu a padronização da técnica de eletrofisiologia in vivo em animal anestesiado o que abre portas para futuras investigações. / The cholinergic muscarinic system exerts modulatory function over different aspects of cognition and emotion. All five muscarinic receptors subtypes (mAChR), M1 to M5, are expressed at mammals hippocampus and at least two of them are simultaneously activated by most of the drugs, hindering significant advances on the role of each component of this system. The muscarinic toxin 3 (MT3) is a selective antagonist for the M4 subtype, allowing the investigation of the modulatory actions of this receptor over learning, memory and synaptic plasticity. The M4 are G protein coupled receptors (GPCRs) that act through Gi/o triggering inhibitory effects on which cells they are occur. Previous behavioral studies have shown that administration of MT3 soon after aversive task training exerts amnestic effects over memory, while administration prior to recall, leads to facilitation. A possible explanation to these results could be that the local circuits involved on memory consolidation and recall are different in nature. On this perspective, the amnestic effect of MT3 over memory consolidation should be consequence of GABAergic interneurons inhibition suppression; while the effect on recall, should be over glutamatergic synapses modulation. Thereby, the present work, with the objective to investigate how the M4 receptor modulates long-term synaptic plasticity and interacts with the GABAergic system, in vivo electrophysiological approach of anesthetized rats’ hippocampus was applied. Hence, field excitatory postsynaptic potentials (fEPSP) from CA1 were recorded after stimulation of contralateral Schaffer Collateral pathway with drugs infusion 15 min before or after high or low frequency electric stimulation (HFS: 10 trains 0.5 Hz, 20 pulses 100 Hz; LFS: 600 pulses 1 Hz, respectively). Neither MT3 (4.00 μg/μl), bicuculline (0.06 μg/μl), baclofen (0.20 μg/μl) nor vehicle, isolated or combined, changed the baseline evoked response amplitude 15 min after infusion nor the paired-pulse facilitation ratio (PPF). MT3 apparently attenuated, but not significantly, the long-term potentiation (LTP) compared to control (31.8% and 66.0% potentiation 60 min after HFS, respectively). In addition, there was no significant difference between baseline and 60 min after HFS fEPSP amplitude at MT3 group. Bicuculline, although did not abolish LTP neither changed PPF, it did produce a potentiation of only 36.4%. Baclofen induced a potentiation similar to control group. Baclofen administration also significantly reduced PPF compared to baseline. The simultaneous administration of MT3 and bicuculline or baclofen led to a potentiation similar to the control group. MT3 did not show any effect over LTP maintenance when applied 15 min after HFS. Lastly, it was not possible to induce long-term depression (LTD) with the used LFS protocol. Although there was no statistical significance between groups due to the low animal numbers used, data suggest that bicuculline had reduced LTP amplitude. Baclofen did alter PPF and the same was not observed on control group. When bicuculline or baclofen were injected with MT3, those alterations were not observed. These are inconclusive and preliminary results, notwithstanding this work allowed to set up the in vivo electrophysiology technique in anesthetized animals what will provide new tools for future research.