Magister en neurociencias / El gen klotho fue descrito a finales del siglo pasado como el “gen del envejecimiento”, pues su ausencia gatillaba en ratones un fenotipo de progeria y su sobre-expresión extendía la expectativa de vida hasta en un 30,8%. Con los años de investigación se descubrió que es una pieza clave de un nuevo eje endocrino entre hueso y riñón para la regulación de la homeostasis mineral. Sin embargo, en los últimos años, creciente evidencia empieza a explorar su rol en el sistema nervioso sobre cognición tanto en animales como en el ser humano en el contexto de sub o sobre-expresión sistémica. En la presente tesis desarrollamos la hipótesis que Klotho juega un rol importante en memoria y para ello montamos un experimento de memoria espacial denominado oasis maze, que es equivalente al Morris water maze, para evaluar la capacidad de aprendizaje en animales con una expresión disminuida de klotho únicamente en su hipocampo. Esto último lo conseguimos mediante la expresión local de un shRNA interferente de klotho gracias a la inyección, mediante cirugía estereotáxica, de un vector lentiviral para dicho interferente. Nuestros resultados confirman la hipótesis al demostrar que los animales que presentan una menor expresión de klotho demuestran un peor desempeño en el oasis maze vs control de inyección sin interferente y control sin inyección. Aún más, para fortalecer estos resultados, estos mismos animales fueron expuestos a una configuración random del oasis maze donde la memoria espacial se vuelve innecesaria para completar la tarea. En esta configuración fue evidente la pérdida de la diferencia entre grupos. Indicando de esta manera que el deterioro en cognición detectado en nuestra investigación es producto de un déficit en memoria espacial.

Orientador: Francesco Langone / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-07T20:21:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pelagio_FernandaCampos_M.pdf: 2325912 bytes, checksum: b882bbc6cb8bd3261f16270af154e45f (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A atividade física contribui positivamente para a plasticidade cerebral facilitando processos neuroadaptativos e neuroprotetores. Diversos estudos relatam os efeitos positivos da prática de atividade física sobre os processos de aprendizado e memória. Indução de status epilepticus (SE) por pilocarpina provoca lesão na formação hipocampal e distúrbios de memória. O óxido nítrico (NO) tem participação nos processos neurais de aprendizado e memória. Recentemente, evidências apontam para uma provável participação do NO nos mecanismos intracelulares de pró-sobrevivência ativados pela atividade física. Por outro lado, diversos estudos sugerem um possível envolvimento do NO na fisiopatologia da epilepsia. Entretanto, estes estudos são controversos e não esclarecem o papel do NO nas crises epiléticas. Assim, o presente trabalho investigou a participação do óxido nítrico no modelo experimental de epilepsia induzida por pilocarpina e sua relação com o efeito da atividade física voluntária sobre a memória espacial. Camundongos Swiss adultos foram submetidos à indução SE por pilocarpina (P) e então sacrificados: 1 dia (1d), 7 dias (7d), 21 dias (21d) e 35 dias (35d) após SE. Os animais controles (Ct) foram tratados com salina e sacrificados nos mesmos tempos. Os animais anestesiados e em seguida sacrificados 35d após SE foram denominados: controle corredor (CtC), pilo corredor (PC), controle sedentário (CtS) e pilo sedentário (PS). Dois dias após SE, os animais do grupo PC e CtC tiveram acesso livre à roda de corrida durante 28 dias. Após este período, os animais dos grupos CtS, CtR, PS e PR foram testados no labirinto aquático (LA) para avaliação da memória de referência espacial. Quatro animais dos grupos CtS, CtC, PS e PC foram perfundidos com paraformaldeído e os cérebros removidos e processados histologicamente. Cortes frontais do cérebro (5µm) foram obtidos para avaliar a lesão tecidual (coloração de Nissl) e analisar a distribuição dos neurônios nitrérgicos (nNOS) na formação hipocampal dorsal. Outros cinco animais de cada grupo foram decapitados, o hipocampo rapidamente dissecado e congelado em nitrogênio líquido. Homogenato de hipocampo foi utilizado para a avaliação da atividade da NOS dependentes (dNOS) e independente de Ca2+ (iNOS), pela técnica da [3H]-L-Arginina e para a análise da expressão protéica da nNOS por Western blotting. Os animais dos grupos PS e PC apresentaram lesão neuronal e neurodegeneração que não diferiram entre sedentários e corredores. Os animais do grupo PC apresentaram desempenho no teste do LA superior ao registrado no PS e similar ao registrado nos CtS e CtC. Os grupos que sofreram indução de SE apresentaram redução da atividade da dNOS 1 dia após SE que se acentuou com o tempo. A expressão da nNOS reduziu 1 e 7 dias após o SE quando comparado ao grupo controle. A atividade da iNOS não se alterou 1 dia e 7 dias após SE, mas exibiu significativo aumento no grupo P21d quando comparado com respectivo controle. A atividade da dNOS nos grupos PS e PC não diferiram e foram inferiores às observadas nos CtS e CtC. A expressão da nNOS não diferiu entre os grupos CtS, CtC, PS e PC, contudo o grupo PC apresentou uma tendência à redução da expressão da nNOS. Por fim, nossos resultados mostraram que os efeitos positivos da atividade física sobre a memória dos animais PC resultou da ativação de mecanismos moleculares talvez não diretamente mediados por NO. Além disso, nossos dados confirmam a importante participação do NO nos mecanismos fisiopatológicos da epilepsia e mostraram que as isoformas da NOS responsáveis pela sua produção são diferentemente afetadas pelo SE / Abstract: Physical activity contributes to brain plasticity, facilitating neuroadaptive and neuroprotective processes. Many studies show the positive effects of physical activitypractice in process of learning and memory. Pilocarpine-induced status epilepticus (SE) causes injury in hippocampal formation and disturbance in memory. Nitric oxide (NO) participates in neural processes of learning and memory. Recently, evidences showed a probable involvement of NO in pro-survival intracellular mechanisms activated by physical activity. On the other hand, several studies have suggested a possible role of NO in epilepsy pathophysiology. However, these studies have produced controversial results and do not explain the role of NO in epileptic seizures. Therefore, the present work investigated NO participation in experimental model of epilepsy induced by pilocarpine in mice and its relationship with voluntary physical activity effects on spatial memory. Swiss adult mice were submitted to pilocarpine-induced SE (P) and sacrificed after 1day (1d), 7 days (7d), 21 days (21d) or 35 days (35d). Control animals (Ct) were treated with saline and sacrificed in the same time point. The animals sacrificed 35d after SE were named as control runner (CtR), pilo runner (PR), control sedentary (CtS) and pilo sedentary (PS). Two days after SE, the animals of PR and CtR group had access to a running wheel for 28 days. After that, CtS, CtR, PS and PR group¿s animals were tested in water maze (WM) for the referential spatial memory evaluation. Four animals of CtS, CtR, PS and PR groups were perfused with paraformaldehyde and their brains were removed and processed for paraffin embedding. Frontal sections of brains (5µm) were obtained for analysis of tissue damage (Nissl staining) and nitrergic neurons distribution (nNOS) in dorsal hippocampal formation. Moreover, hippocampus from five animals of each group were rapidly dissected and frozen in liquid nitrogen. Homogenates of hippocampus were used to evaluate the activity of calcium-dependent (dNOS) and calcium-independent (iNOS) NOS isoforms by [3H]-Larginine 's technique and the neuronal NOS (nNOS) expression by Western blotting. Animals of PS and PR groups showed neuronal damage and neurodegeneration that did not differ between sedentaries and runners. In WM test, animals of PR group had better performance than PS and similar performance to the registered in CtS and CtR. Pilo's group showed a reduction of dNOS activity 1 day after SE, this reduction increased along the time. Moreover, nNOS expression reduced 1 day and to 7 days after SE when compared to control groups. iNOS activity did not change at 1 day and 7 days after SE, but it increased in P21d group when compared with respective control group. dNOS activity results were similar between PS e PR groups and these were lower than CtS and CtR. nNOS expression was similar in the CtS, CtR, PS and PR groups. However, PR group showed a shift to reduction of nNOS expression. Finally, our data showed that positive effects of physical activity on memory in PR group resulted from molecular mechanisms activation that maybe are not directly mediated by NO. Moreover, our work confirm the important of NO participation in epilepsy pathophysiological mechanisms and also showed that NOS isoforms responsible for NO production are differently affected by SE / Mestrado / Fisiologia / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Tesis por compendio / [ES] Esta tesis se centra en explotar las posibilidades de la Realidad Aumentada (RA) basada en SLAM (localización y mapeo simultáneos) para la evaluación de la memoria espacial. El objetivo principal fue desarrollar nuevas técnicas de localización en interiores en el ámbito de la RA, aprovechando los avances tecnológicos, y validarlas mediante la construcción de frameworks y aplicaciones orientadas a la evaluación de la capacidad de localización espacial en adultos; y estudiar el aumento perceptivo en los canales visual y táctil. En esta tesis, para cumplir con este objetivo principal, se desarrolló un framework para el desarrollo de aplicaciones de autor para utilizar en el estudio de la memoria espacial aprovechando la RA basada en SLAM. Nuestro framework permite utilizar diferentes motores/SDKs de RA. Existen diferentes interfaces incorporadas en el framework a través de las cuales se puede acceder a los diferentes módulos de RA. Esto permite un uso modular e independiente del motor de RA para los desarrolladores. El funcionamiento general de las aplicaciones desarrolladas en esta tesis consta de tres fases. En una primera fase, el supervisor selecciona el número de objetos virtuales a memorizar y los propios objetos virtuales, que coloca en los lugares deseados del entorno. En la segunda fase, el usuario recorre el entorno y memoriza las ubicaciones de los objetos virtuales en el entorno real. En la tercera fase, el usuario debe colocar los objetos virtuales en las ubicaciones que tenían en la fase anterior. Hasta donde sabemos, este es el primer trabajo que utiliza la RA basada en SLAM para la evaluación de la memoria espacial, implicando el movimiento físico del usuario, y considerando estímulos visuales y táctiles. Para la validación, se realizaron tres estudios centrados en investigar la viabilidad del uso de las aplicaciones en entornos de pequeñas y grandes dimensiones, así como el uso de estímulos visuales y táctiles. El rendimiento de nuestras aplicaciones se comparó con los métodos tradicionales. También se evaluaron las variables subjetivas. En el primer estudio (N=55) se consideraron los estímulos visuales y los entornos de pequeñas dimensiones. Los participantes se dividieron en dos grupos: ARGroup (memorización mediante RA) y el NoARGroup (memorizaron mirando fotografías). El segundo estudio (N=46) consideró los estímulos visuales y los entornos de grandes dimensiones. Se evaluó el rendimiento de los participantes en una tarea verbal de recuerdo de objetos, una tarea de colocación en mapas y una tarea de orientación espacial con lápiz y papel. También se evaluó la importancia de las distintas estrategias espaciales de orientación y los niveles de ansiedad. En el tercer estudio (N=53) se comparó el rendimiento con estímulos visuales y táctiles y se utilizaron entornos de pequeñas dimensiones. Del desarrollo y de los tres estudios realizados se extrajeron las siguientes conclusiones generales: 1) La RA basada en SLAM es adecuada para desarrollar tareas de evaluación de la memoria espacial, pudiéndose utilizar en cualquier entorno y sin necesidad de añadir elementos reales al entorno para su registro; 2) Las aplicaciones desarrolladas en esta tesis permiten la personalización de la tarea y el almacenamiento de las variables de rendimiento; 3) Estas aplicaciones han permitido una evaluación ecológica; 4) Estas aplicaciones y otras herramientas similares podrían utilizarse para evaluar y entrenar la memoria espacial como alternativa a los métodos tradicionales; 5) Los estímulos táctiles son estímulos válidos que pueden beneficiar la evaluación de la memoria de las asociaciones táctiles-espaciales, pero la memoria de las asociaciones visuales-espaciales es dominante; 6) Las aplicaciones desarrolladas en esta tesis y otras herramientas similares podrían ayudar en el diagnóstico de las alteraciones de la memoria espacial. / [CA] Aquesta tesi se centra en explotar les possibilitats de la Realitat Augmentada (RA) basada en SLAM (localització i mapeig simultanis) per a l'avaluació de la memòria espacial. L'objectiu principal va ser desenvolupar noves tècniques de localització en interiors en l'àmbit de la RA, aprofitant els avanços tecnològics, i validarles mitjançant la construcció de frameworks i aplicacions orientades a l'avaluació de la capacitat de localització espacial en adults; i estudiar l'augment perceptiu en els canals visual i tàctil. En aquesta tesi, per a complir amb aquest objectiu principal, es va desenvolupar un framework per al desenvolupament d'aplicacions d'autor per a utilitzar en l'estudi de la memòria espacial aprofitant la RA basada en SLAM. El nostre framework permet utilitzar diferents motors/SDKs de RA. Hi ha diferents interfícies incorporades en el framework a través de les quals es poden connectar els diferents mòduls de RA. Això permet un ús modular i independent del motor de RA per als desenvolupadors. El funcionament general de les aplicacions desenvolupades en aquesta tesi consta de tres fases. En una primera fase, el supervisor selecciona el nombre d'objectes virtuals a memoritzar i els propis objectes virtuals, que col·loca en els llocs desitjats de l'entorn. En la segona fase, l'usuari recorre l'entorn i memoritza les ubicacions dels objectes virtuals en l'entorn real. En la tercera fase, l'usuari ha de col·locar els objectes virtuals en les ubicacions que tenien en la fase anterior. Fins on sabem, aquest és el primer treball que utilitza la RA basada en SLAM per a l'avaluació de la memòria espacial, implicant el moviment físic de l'usuari, i considerant estímuls visuals i tàctils. Per a la validació, es van realitzar tres estudis centrats en estudiar la viabilitat de l'ús de les aplicacions en entorns de xicotetes i grans dimensions, així com l'ús d'estímuls visuals i tàctils. El rendiment de les nostres aplicacions es va comparar amb els mètodes tradicionals. També es van avaluar les variables subjectives. En el primer estudi (N=55) es van considerar els estímuls visuals i els entorns de xicotetes dimensions. Els participants es van dividir en dos grups: ARGroup (memorització mitjançant RA) i el NoARGroup (memorització mirant fotografies). El segon estudi (N=46) va tindre en compte els estímuls visuals i els entorns de grans dimensions. Es va avaluar el rendiment dels participants en una tasca verbal de record d'objectes, una tasca de col·locació en mapes i una tasca d'orientació espacial amb llapis i paper. També es va avaluar la importància de les diferents estratègies espacials d'orientació i els nivells d'ansietat. En el tercer estudi (N=53) es va comparar el rendiment amb estímuls visuals i tàctils i es van utilitzar entorns de xicotetes dimensions. Del desenvolupament i dels tres estudis realitzats es van extraure les següents conclusions generals: 1) La RA basada en SLAM és adequada per a desenvolupar tasques d'avaluació de la memòria espacial, podent-se utilitzar en qualsevol entorn i sense necessitat d'afegir elements reals a l'entorn per al seu registre; 2) Les aplicacions desenvolupades en aquesta tesi permeten la personalització de la tasca i l'emmagatzematge de les variables de rendiment; 3) Aquestes aplicacions han permés una avaluació ecològica; 4) Aquestes aplicacions i altres ferramentes similars podrien utilitzar-se per a avaluar i entrenar la memòria espacial com a alternativa als mètodes tradicionals; 5) Els estímuls tàctils són estímuls vàlids que poden beneficiar l'avaluació de la memoria de les associacions tàctils-espacials, però la memòria de les associacions visualsespacials és dominant; 6) Les aplicacions desenvolupades en aquesta tesi i altres ferramentes similars podrien ajudar en el diagnòstic de les alteracions de la memòria espacial. / [EN] This thesis focuses on exploiting the possibilities of Augmented Reality (AR) based on SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) for the assessment of spatial memory. The main objective was to develop new indoor localization techniques in the field of AR, taking advantage of technological advances, and to validate them by building frameworks and applications oriented to the assessment of spatial location ability in adults; and studying perceptual augmentation in the visual and tactile channels. In this thesis, to fulfill this main objective, a framework was developed for the development of author applications to use in the study of spatial memory taking advantage of AR based on SLAM. Our framework enables using different AR engines or SDKs. There are different interfaces incorporated in the framework through which the different AR modules can be connected. This enables a modular and independent use of the AR engine for developers. The general functioning of the applications developed in this thesis consists of three phases. In a first phase, the supervisor selects the number of virtual objects to be memorized and the virtual objects themselves, which she/he places at desired locations in the environment. In the second phase, the user walks through the environment and memorizes the locations of the virtual objects in the real environment. In the third phase, the user must place the virtual objects in the locations they were in the previous phase. To our knowledge, this is the first work using SLAM-based AR for the assessment of spatial memory, involving physical movement of the user, and considering visual and tactile stimuli. For the validation, three studies were carried out that focused on studying the feasibility of using the applications in small and large environments, as well as the use of visual and tactile stimuli. The performance of our applications was compared with traditional methods. Subjective variables were also assessed. The first study considered visual stimulus and small environments. This study involved 55 users. Participants were divided into two groups: ARGroup (participants memorized the location of virtual objects in the real world in a memorization phase using AR) and the NoARGroup (participants memorized the location of virtual objects by looking at photographs of the augmented environment using the device). The second study considered visual stimulus and large environments. This study involved 46 young adults. The participants had to go through a two-story building and memorize the position of a total of eight virtual objects. Participants' performance was also evaluated in a verbal object recall task, a pencil and paper spatial orientation task and a map-pointing task. The importance of different spatial strategies for orientation and anxiety levels were also evaluated. The third study compared the performance using visual versus tactile stimuli and used small environments. This study involved 53 subjects. The participants were divided into two groups: Visual, which used visual stimuli, and Tactile, which used tactile stimuli. The following general conclusions were extracted from the development and the three studies carried out: 1) SLAM-based AR is suitable for developing spatial memory assessment tasks, working in any environment and without the need to add real objects to the environment for registration; 2) The applications developed in this thesis allow task customization and storage of performance variables; 3) These applications have allowed an ecological assessment; 4) These applications and similar tools could be used to assess and train spatial memory as an alternative to traditional methods; 5) Tactile stimuli are valid stimuli that can help the assessment of memory of tactile-spatial associations, but memory of visual-spatial associations is dominant; 6) The applications developed in this thesis and similar tools could help in the diagnosis of spatial memory impairments. / Muñoz Montoya, FM. (2023). Augmented Reality through Various Sensory Channels and its Application to Orientation and Spatial Localization Processes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195733 / Compendio