Inferência da força de interação nos fenômenos físicos/biológicos é objetivo comum a diversas áreas da ciência. Em particular, nas neurociências tem-se assistido a uma mudança no paradigma experimental em que a atenção tem-se voltado à compreensão da interação entre grupamentos neuronais. Em vista desta demanda surgiram naturalmente diversos métodos estatísticos de medida de dependência entre grupamentos neurais. Alguns foram desenhados para inferência de fluxo de informação, sem contudo precisar o que se entende por fluxo de informação, gerando consequentemente controvérsias na literatura. O principal objetivo deste trabalho é aplicar os conceitos da Teoria da Informação na análise de processos estacionários de segunda ordem para precisar as idéias de fluxo de informação utilizadas na literatura de forma ad hoc e obter um melhor entendimento da relação existente entre as diferentes medidas de dependência propostas. / We study the relationship between different measures of causality or information flow. We show that the concept of partial measures of dependence are related to the definition of inverse random variables.

Nos último anos, o interesse acerca da compreensão dos funcionamentos do cérebro e da mente teve um crescimento vertiginoso. A Neurociência foi capaz de fornecer um novo entendimento acerca de diferentes processos cognitivos e desvendar as propriedades neurais que dão suporte à linguagem, ao entendimento aritmético, à realização de cálculos etc. Tais avanço são ainda pouco conhecidos e, por conseqüência, pouco utilizados pelos pesquisadores em Educação. Nesta pesquisa estabelecemos um diálogo efetivo entre a Educação e a Neurociência Cognitiva ao investigar uma questão ainda em aberto no Ensino de Ciências: a persistência das concepções espontâneas em Física. Combinamos o arcabouço teórico-metodológico da Neurociência com testes tradicionais em Ensino de Física, que foram validados e vem sendo utilizados há mais de três décadas em pesquisas na área. Especificamente, investigamos se diferentes padrões de respostas psicofisiológicas associadas a reações emocionais estariam vinculados a diferentes formas de representação de situações e fenômenos do mundo físico. Assim, investigamos as repostas de condutância galvânica da pele geradas em Experts (físicos e engenheiros) e Novatos (estudantes sem formação científica) ao responderem questões de Física e Controle (Matemática básica). Nossos resultados revelaram que os dois grupos apresentaram padrões de respostas emocionais bastante diferentes para os dois tipos de conteúdo. Nossos resultados permitem avançar no entendimento do papel das emoções na tomada de decisão de estudantes em testes tradicionais de levantamento de concepções alternativas, revelando possíveis influências de elementos emocionais na persistência destas concepções. Desta forma, estabelecemos uma nova abordagem de pesquisas em Educação Científica abrindo novas possibilidades de entendimento do processo de ensino e aprendizagem. / In the last years the interest on the understanding of the brain and mind grew extremely. The Neuroscience was able to provide a new understanding of different cognitive processes and unravel the neural properties that support language, arithmetic understanding etc. Such advances are still poorly understood and, consequently, little used by researchers in Education. This research established an effective dialogue between Education and Cognitive Neuroscience investigating a matter still open in Science Education: the persistence of misconceptions in Physics. We combine the theoretical and methodological approach used in neuroscience with traditional tests in Physics Teaching, which have been validated and has been used for more than three decades in research in the area. Specifically, we investigated whether different patterns of psychophysiological responses associated with emotional reactions were linked to different forms of representation of the physical world situations and phenomena. Thus, we investigated galvanic skin conductance responses generated in Experts (physicists and engineers) and Novices (students without a scientific background), to answer questions from Physics and Control (Basic Mathematics). Our results revealed that both groups showed patterns of emotional responses quite different for the two types of content. Our results allow the understanding of the role of emotions in decision making of students in traditional tests of misconceptions, revealing possible influences of emotional factors in the persistence of these conceptions. Thus, we established a new approach to research in Science Education by creating new possibilities for understanding the process of teaching and learning.

Orientador: Alexandre Hiroaki Kihara / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Neurociência e Cognição, 2014

Orientadora: Profa. Dra. Ruth Ferreira Santos-Galduróz / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Neurociência e Cognição, 2014. / No processo do desenvolvimento cognitivo, os estímulos fornecidos ajudam na construção do conhecimento, e cada vez mais se tem pesquisado os efeitos da música sobre esse processo. Apesar da música se basear em proporções matemáticas, poucos trabalhos buscam a sua relação com a aquisição de conceitos matemáticos. O presente estudo realizou uma pesquisa experimental, num modelo longitudinal, com o objetivo de verificar a contribuição da iniciação musical para o desenvolvimento de habilidades cognitivas, sobretudo em frações. A amostra constituiu de 61 crianças entre cinco e seis anos de idade, recém ingressas nas escolas municipais de uma cidade da Grande São Paulo. Após a aprovação do responsável, através do Termo de Consentimento Livre e Esclarecido ¿ TCLE, foram aplicados testes cognitivos (Escala de Maturidade Mental Colúmbia, teste visuoespacial, teste de memória, teste de escrita de palavras e números, e teste de fração e geometria) e escalas - (Escala de stress infantil ¿ ESI). Em seguida, as crianças foram divididas em dois grupos: 30 crianças formaram o grupo controle e 31 crianças o grupo experimental. O grupo experimental, passou por intervenção musical, duas vezes por semana, com duração de 50 minutos cada sessão, por um período de quatro meses; já o grupo controle, durante o mesmo período, continuaram a receber a estimulação prevista em suas atividades curriculares. Após o fim da intervenção musical, ambos os grupos foram reavaliados para comparação do desempenho em dois momentos (pré e pós-intervenção musical). A análise dos dados foi realizada através do programa SPSS 20 e Statistica 10, adotando um nível de significância de 95% (p<0,05) para as análises. Os resultados mostraram haver diferença significativa nos testes de fração (p=0,01), visuoespacial (p<0,01), memória I (p=0,04), memória II (p=0,01) e psicomotor (p=0,03). Estes resultados sugerem que a instrução musical contribuiu para uma melhora no desempenho de tarefas relacionadas ao cálculo de fração, juntamente com o desenvolvimento de habilidade na memória, visuoespacial e psicomotora. / During the processes of cognitive development, the stimuli provided helps building your knowledge and more and more has been researched on the effects of music on this process. Though the music is based on mathematical proportions, very few works seek their relation to the acquisition of mathematical concepts. This study conducted an experimental study, a longitudinal model, with the objective of verifying the contribution of musical initiation for the development of cognitive abilities, especially in fractions. The sample consisted of 61 children between five and six years old, newly joined in municipal schools at the city of São Paulo. After parents or legal guardians approval through the Term of Consent - Informed Consent, cognitive tests were applied (Columbia Mental Maturity Scale, visual spatial test, memory tests I and II, writing words and numbers test and fraction and geometry test) and scales - (Infant Stress Scale - ISS). Then the children were divided into two groups: 30 children formed the control group and 31 children formed the experimental group 31. The experimental group underwent musical intervention twice a week lasting 50 minutes each session for a period of four months, whereas the control group during the same period continued to receive stimulation provided by their school activities. After the end of the musical intervention, both groups were evaluated for performance comparison (pre and post-intervention musical). Data analysis was performed by using the following programs: SPSS 20 and Statistica 10, adopting a significance level of 95% (p<0.05). The results showed a significant difference in the tests, fraction (p=0.01), visuospatial (p<0.01), memory I ( p=0,04), memory II (p=0.01) and psychomotor (p=0.03). These results suggests that musical training contributed to an improvement in performance for tasks related to fraction calculation, along with the development of skill in short-term memory, visual spatial and psychomotor.

Alterações macro e microvasculares ocorrem no Diabetes Mellitus (DM). A Retinopatia Diabética (RD) é uma complicação bem prevalente do DM e resulta de microangiopatia generalizada no tecido retiniano que, em diferentes estágios da doença, se observa como edema local, exsudatos, formação de neovasos e hemorragias, sendo a principal causa de cegueira na faixa etária de 20 a 74 anos. Alguns fatores angiogênicos são apontados como possíveis mediadores no desenvolvimento das alterações microvasculares no DM. Dentre eles, a Eritropoietina (EPO), hormônio glicoproteico, possui expressão mediada por alelos específicos do gene EPO. Determinados perfis genéticos para três SNPs-single nucleotide polymorphisms do gene EPO (rs1617640, rs507392, rs551238) encontram-se associados com maiores concentrações de EPO no humor vítreo de pacientes diabéticos com RD, o que pode ser indicativo da relação entre determinado genótipo de risco (TTA) e o desenvolvimento de tal comorbidade. O presente trabalho pretendeu investigar a associação entre o genótipo considerado de risco para o desenvolvimento de RD e alterações funcionais na visão de cores de pessoas com diagnóstico de DM. Tal estudo contou com uma amostra de 95 diabéticos (49 mulheres e 46 homens, média de idade: 48,33 anos; DP: 16,90), com um total de 31 DM tipo 1 e 64 tipo 2 e 114 controles (73 mulheres e 41 homens, média de idade: 38,38 anos; DP: 12,81). Foi realizada avaliação através de teste psicofísico (Cambridge Colour Test CCT), que visou medir o limiar de discriminação nos três eixos de confusão de cores e sequenciamento genético, a partir de amostras de sangue. Para os diabéticos, no eixo de confusão protan, os resultados mostraram uma piora de desempenho para o genótipo TTA/GCC (p= 0,048), com relação aos controles. No eixo de confusão deutan, não houve diferença para qualquer dos genótipos (p= 0,0207), enquanto que para o eixo tritan, o genótipo TTA/GCC esteve associado a uma piora de desempenho (p=0,014). Para os controles, não houve diferença entre os genótipos. Assim, os resultados mostraram uma piora na visão de cores de pacientes DM, associada ao haplótipo TTA/GCC / Diabetic Retinopathy (DR), a prevalent complication of diabetes, is the leading cause of blindness among those aged 20-74 years. Micro and macrovascular changes occur in Diabetes Mellitus (DM) with DR being the most common among these vascular complications, resulting in generalized retinal microgangiopathy. At different stages of the disease, localized edema, exudates and hemorrhages occur. Several pro-angiogenic factors have been suggested as possible mediators in the development of these microvascular changes. Among them is erythropoietin (EPO), a glycoprotein hormone whose expression is mediated by specific alleles of the EPO gene. Specific genetic profiles for three single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the EPO gene (rs1617640, rs507392, rs551238) are associated with larger EPO concentrations in the vitreous humor of diabetic patients with RD. This association indicates a possible relationship between the identified genotypes (TTA) and the comorbidity´s development. This work aimed to investigate the association between genotypes considered at risk for the development of DR and functional changes in color vision among individuals diagnosed with DM. Thus, this study included a sample of 95 diabetic patients (49 women and 46 men, average age: 48.33 years; SD: 16.90), with a total of 31 DM type 1 and 64 type 2 and 114 controls (73 women and 41 men, average age: 38.38 years; SD: 12.81). Evaluation was performed using a psychophysical test (Cambridge Colour Test -CCT), to measure the discrimination threshold in three-color confusion axes in addition to genetic sequencing. In the protan axis of confusion color, performance among diabetics with the TTA/GCC genotype was significantly lower (p=0.048) than those in the control group. The results showed a poorer performance among those with the TTA / GCC genotype (p = 0.048), compared to controls. In deutan axis confusion, there was no difference among any of the genotypes (p = 0.0207), while for the tritan axis, the TTA / GCC genotype was associated with a poorer performance (p = 0.014). For the controls, there was no difference between genotypes. Thus, the results showed a worsening in color vision among DM patients associated with TTA / GCC haplotype

O estudo do controle neurofisiológico do movimento tem sido realizado sob várias perspectivas. Experimentos com seres humanos são realizados durante a execução de uma dada tarefa motora e, frequentemente, mediante a aplicação de estímulos externos (elétrico, magnético ou mecânico) ao sistema neuromuscular. Estes experimentos fornecem uma grande quantidade de dados referentes ao funcionamento das redes neuronais e dos atuadores biomecânicos envolvidos nos procedimentos. Entretanto, alguns achados experimentais permanecem incompreensíveis, requerendo a utilização de outros recursos para elucidar quais mecanismos estão por trás dos resultados. Neste sentido, a modelagem matemática e a simulação computacional servem como parte importante destas ferramentas que são imprescindíveis para uma melhor compreensão dos mecanismos neurofisiológicos e biomecânicos por trás do controle do movimento. A presente tese de doutorado teve como objetivo prover um modelo neuromusculoesquelético biologicamente plausível capaz de investigar diferentes mecanismos responsáveis pelo controle do torque gerado na articulação do tornozelo. Este modelo teve como base um modelo neuromuscular previamente proposto, porém, que não incorporava uma série de elementos fundamentais para um estudo mais amplo do sistema motor. O novo modelo proposto contempla modelos de motoneurônios com dendritos ativos, proprioceptores musculares responsáveis pelas vias reflexas de curta e média latência, modelos que representam as características viscoelásticas dos músculos e um modelo biomecânico do ser humano durante a postura ereta quieta. O modelo foi aplicado a diferentes problemas relacionados ao funcionamento do sistema neuromusculoesquelético, que são tipicamente explorados por experimentos com seres humanos, e forneceu bases teóricas importantes para estes achados. / The neurophysiological control of movement has been studied from several standpoints. Human experiments are performed during the execution of a given motor task and, frequently, by applying an external stimulation (electrical, magnetic, or mechanical) to the neuromuscular system. These experiments provide a large amount of data concerning the functioning of the neuronal networks and biomechanical actuators involved in the procedures. Nonetheless, some experimental findings remain puzzling, so that other available resources should be used to clarify what mechanisms are behind these results. In this vein, the mathematical modeling and computer simulations are invaluable tools that may be used to better understand the neurophysiological and biomechanical mechanisms underlying the motor control. The present PhD thesis aimed at providing a biologically plausible neuromusculoskeletal model that was used to study different mechanisms involved in the control of the ankle joint torque. This model was based on a previous neuromuscular model, which did not employ several elements that are fundamental to a comprehensive evaluation of the motor system. The novel proposed model encompasses motor neuron models with active dendrites, muscle proprioceptors responsible for the short- and medium-latency reflex pathways, muscle models with the main viscoelastic features, and a biomechanical model of the human body during upright stance. It was applied to a series of problems frequently related to the functioning of the neuromusculoskeletal system and its main outcomes provided important theoretical bases for a set of experimental findings.

Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-06-28T19:11:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoMorfologicaAstrocitos.pdf: 5530347 bytes, checksum: 493302630728f0e9e17c9018d214061c (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-07-03T18:25:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoMorfologicaAstrocitos.pdf: 5530347 bytes, checksum: 493302630728f0e9e17c9018d214061c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-03T18:25:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoMorfologicaAstrocitos.pdf: 5530347 bytes, checksum: 493302630728f0e9e17c9018d214061c (MD5) Previous issue date: 2017-04-12 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O maçarico semipalmado Calidris pusilla (C. pusilla) é uma ave migratória de longa distância, que deixa para trás todos os anos, o seu habitat de reprodução no extremo Norte do Canadá e Alasca, em direção à linha costeira da América do Sul, escapando do inverno. Antes de atravessar o Oceano Atlântico, eles param na Baía de Fundy, na costa atlântica da América do Norte, onde aumentam os triglicérides no tecido adiposo, para atender as vigorosas demandas energéticas do voo sem paradas, de 5,3 mil quilômetros sobre o oceano. Uma vez que a atividade bioenergética e de oxidação-redução dos astrócitos estariam sob intensa demanda para sustentar a atividade neuronal e a sobrevivência durante a migração transatlântica de longa distância, nós hipotetizamos que as alterações morfológicas dos astrócitos seriam facilmente visíveis em indivíduos capturados nos sítios de invernada. Para testar essa hipótese, os astrócitos imunomarcados para a protína ácida fibrilar glial - GFAP foram seleccionados de secções da formação hipocampal, uma área que foi proposta desempenhar um papel central na integração da informação espacial e multisensorial para a navegação. Nós quantificamos e comparamos as características morfológicas tridimensionais de astrócitos no hipocampo de aves migratórias adultas capturadas na baía de Fundy, no Canadá, com astrócitos do hipocampo de aves capturadas na região costeira de Bragança durante o período de invernada. Para selecionar os astrócitos para reconstruções microscópicas 3D, utilizamos abordagem amostral aleatória e sistemática. Usando a análise hierarquica de cluster e a análise discriminante aplicada às características morfométricas dos astrócitos reconstruidos para classifica-los morfologicamente, encontramos dois fenótipos morfológicos (designados tipos I e II), tanto em indivíduos migrantes quanto em indivíduos em invernada. Embora em proporções muito diferentes, as complexidades morfológicas de ambos os tipos de astrócitos foram reduzidas após o voo sem parada de longa distância. De fato, as aves capturadas na região costeira de Bragança, durante o período de invernada, apresentaram uma morfologia astrocítica menos complexa do que os indivíduos capturados na baía de Fundy, no Canadá, durante a migração de outono. Como a redução da complexidade foi muito mais intensa no tipo I do que nos astrócitos do tipo II, sugerimos que esses fenótipos morfológicos podem estar associados a diferentes papéis fisiológicos. De fato, em comparação ao tipo I, a maioria dos astrócitos do tipo II não alteraram significativamente a sua morfologia após o voo de longa distância, e a maioria deles, 72,5%, mostraram interações com vasos sanguíneos, enquanto somente 27,5% dos astrócitos do tipo I revelaram tal interação. / The semipalmated sandpiper Calidris pusilla (C. pusilla) is a long-distance migrant shorebird that leaves every year, its breeding habitats in the southern tundra in Canada and Alaska, escaping from winter, towards the coastal line in South America. Before they cross the Atlantic Ocean, they stopover Bay of Fundy on the Atlantic coast of North America, where they increase triglycerides in adipose tissue, to attend the vigorous energetic demands of the 5,300-kilometer non-stop flight over the ocean. Because bioenergetic and redox activity of astrocytes would be under intense demand to sustain neuronal activity and survival during long-distance transatlantic migration, we hypothesize that astrocytes morphological changes may become readily visible in the wintering birds. To test this hypothesis, GFAP immunolabeled astrocytes were selected from sections of the hippocampal formation, an area that has been proposed to play a central role in the integration of multisensory spatial information for navigation. We quantified and compared hippocampal three-dimensional morphological features of astrocytes of adult migrating, captured on the Bay of Fundy, Canada, with hippocampal astrocytes from birds captured in the coastal region of Bragança, Brazil, during the wintering period. To select astrocytes for microscopic 3D reconstructions we used a random and systematic unbiased sampling approach. Using hierarchical cluster and discriminant analysis of 3D morphometric features to classify astrocytes, we found two morphological phenotypes (designated types I and II) both in migrating and wintering individuals. Although in remarkable different extent, the morphological complexities of both types of astrocytes were reduced after long-distance non-stop flight. Indeed, birds captured in the coastal region of Bragança, Brazil, during the wintering period, showed less complex astrocytic morphology than individuals captured in the Bay of Fundy, Canada, during fall migration. Because the reduction in complexity was much more intense in type I than in type II astrocytes, we suggest that these distinct morphological phenotypes may be associated with different physiological roles during migration. Indeed, as compared to type I, most type II astrocytes did not change significantly their morphology after the long-distance flight and many of them (72.5%) revealed unequivocally connection with blood vessels, whereas type I revealed only 27.5%.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-07-03T17:17:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_PlasticidadeAumentadaCortex.pdf: 1682471 bytes, checksum: 7b3a3251458932de5ea61c39b9ab361e (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-07-04T14:15:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_PlasticidadeAumentadaCortex.pdf: 1682471 bytes, checksum: 7b3a3251458932de5ea61c39b9ab361e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-04T14:15:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_PlasticidadeAumentadaCortex.pdf: 1682471 bytes, checksum: 7b3a3251458932de5ea61c39b9ab361e (MD5) Previous issue date: 2016-11-01 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / No processo de envelhecimento, há uma diminuição natural na plasticidade no Sistema Nervoso Central (SNC). Algumas regiões cerebrais podem ser particularmente afetadas pelo envelhecimento, como o córtex pré-frontal (CPF), que possui um papel fundamental nas funções executivas, incluindo atenção, flexibilidade cognitiva, memória de trabalho, tomada de decisão, etc. O declínio na plasticidade do CPF e do SNC como um todo pode ser atribuído principalmente pelo aparecimento de estruturas chamadas redes perineurais (RPNs) que envelopam o corpo celular e dendritos de classes específicas de neurônios. As RPNs são estruturas de matriz extracelular consistindo de proteoglicanos de sulfato de condroitina, ácido hialurônico, proteínas de ligação e tenascina, e estão envolvidos no controle da plasticidade cortical e também no encerramento do período crítico. Contudo, têm-se mostrado que a degradação das RPNs pela enzima Condroitinase ABC (ChABC) restaura formas juvenis de plasticidade no cérebro adulto por liberar os freios da plasticidade. O objetivo do presente trabalho é caracterizar o curso temporal da formação e desenvolvimento das RPNs no córtex pré-frontal medial (CPFm) de ratos. As RPNs foram marcadas com a lecitina Vicia villosa, que se liga a cadeias de glicosaminoglicanos presentes nas RPNs. Além disso, verificamos se a digestão localizada das RPNs no CPFm através da injeção de ChABC é capaz de abrir um novo período crítico de plasticidade e facilitar o desempenho em testes de função executiva (memória operacional). Os resultados mostraram que as RPNs no CPFm começam a surgir aos 20 DPN e amadurecem progressivamente até os 75-90 DPN. Formas exclusiamente maduras de RPNs foram observadas em animais com 5 meses de idade. Além disso, os resultados mostraram que a remoção enzimática das RPNs com ChABC promoveu melhoras no aprendizado dos testes de função executiva. / Aging is associated with decreasing brain plasticity, especially after the closure of the critical periods of plasticity (a sensitive limited period in life of elevated brain plasticity). Some brain regions may be particularly affected by aging, such as prefrontal cortex (PFC), which has a key role in the organization of higherorder cognitive aspects, the executive functions, including attention, set-shifting, working memory, decision making, etc. Decline of plasticity in the PFC and the brain is attributed mainly to the appearance of a structure called perineuronal net (PNNs) which enwraps the cell body and dendrites of many classes of neurons. PNNs are extracellular matrix structures consisting of chondroitin sulfate proteoglycans, hyaluronan, link proteins and tenascin, and are involved in the control of experience-dependent cortical plasticity and the closure of critical periods. Degradation of PNNs with the enzyme Chondroitinase ABC (ChABC) restores juvenile forms of plasticity in the adult brain. Here, we examined the developmental time course of PNN formation in the medial PFC (mPFC) of male rats ranging in age from the seventh postnatal day (PND) to 11 months. We used the lectin Vicia villosa agglutinin that binds to glycosaminoglycan chains present in the PNNs. We also investigated whether the digestion of PNNs by bilateral injection of ChABC in the mPFC may open a new window of increased plasticity in adult rats, evaluated by two executive function tests: object recognition and spontaneous alternation. We found that immature PNNs were observed in PND 20 animals, but mature PNNs were seen only after PND 75-90 and a mature form appeared around 5 months of age. In addition, our results showed that enzymatic PNN removal promoted a significant increase in performance in the ChABC-treated animals in both behavioral tests. The present study reveals for the first time the temporal development of PNN formation in the rat mPFC. We also show that the degradation of PNNs with ChABC not only promotes plasticity but also potentiates cognitive abilities in adult animals.

O entendimento dos mecanismos de representação e processamento de odores pelo sistema olfatório é uma das questões centrais da neurociência moderna. Os odores são codificados pela circuitaria interna do bulbo olfatório em padrões espaço-temporais refletidos pela atividade de suas células de saída, as células mitrais e tufosas, que transmitem os resultados das computações dessa estrutura inicial de processamento a regiões corticais superiores. A arquitetura das conexões existentes no bulbo olfatório apresenta inibição lateral em duas camadas diferentes de sua estrutura laminar, intermediadas por dois tipos distintos de interneurônios. Na camada glomerular, mais externa, a inibição lateral é mediada pelas células periglomerulares e na camada plexiforme externa, mais interna, a inibição lateral é mediada pelas células granulares. O papel desses dois níveis distintos de inibição lateral e os mecanismos segundo os quais eles atuam moldando os padrões espaço-temporais de resposta do bulbo olfatório a odores diferentes são ainda pouco conhecidos. O objetivo deste trabalho foi construir um modelo de rede neural biologicamente plausível do bulbo olfatório para investigar como dois tipos diferentes de interneurônios, atuando em estágios distintos de processamento, podem contribuir para a discriminação de odores e a coordenação dos padrões de disparo das células mitrais. O modelo de rede construído, com representação de odores pela atividade das células mitrais e baseado nas interações recíprocas entre essas células e os interneurônios inibitórios, mostrou que a inibição gerada pelas células periglomerulares pode melhorar o contraste entre odores similares, facilitando a discriminação de odores, enquanto que a inibição das células granulares atua no refinamento da resposta de saída da informação olfatória. / The understanding of odor representation and processing mechanisms by the olfactory system is one of the central questions of modern neuroscience. Odors are encoded by the olfactory bulb circuitry in terms of spatiotemporal spiking patterns. These are reflected in the activity of the mitral cells, which are the output cells of the olfactory bulb that transmit the information processed in this early structure to higher cortical regions. The architecture of the olfactory bulb connections presents lateral inhibition at two different layers of its laminar structure, mediated by two distinct types of interneurons. In the glomerular layer, lateral inhibition is mediated by periglomerular cells. In the external plexiform layer, lateral inhibition is mediated by granule cells. The role of these two different lateral inhibition levels and the mechanisms whereby they shape the spatial and temporal patterns of the olfactory bulb response to different odors is not well known. The aim of this work was to build a biologically plausible neural network model of the olfactory bulb to investigate how two different types of interneurons, acting at different processing stages, could contribute to odor discrimination and the coordination of the mitral cells spiking patterns. The results of simulations of the network model shown that the inhibition generated by periglomerular cells can provide contrast enhancement and odors discrimination, while the granule cell inhibition can refine the output response of the olfactory information.

A neurociência computacional é uma vasta área que tem como objeto de estudo o entendimento ou a emulação da dinâmica cerebral em diversos níveis. Neste trabalho atenta-se ao estudo da dinâmica de neurônios, os quais, no consenso atual, acredita-se serem as unidades fundamentais do processamento cerebral. A importância do estudo sobre o comportamento de neurônios se encontra na diversidade de propriedades que eles podem apresentar. O estudo se torna mais rico quando há interações de sistemas internos ao neurônio em diferentes escalas de tempo, criando propriedades como adaptação, latência e comportamento em rajada, o que pode acarretar em diferentes papéis que os neurônios podem ter na rede. Nesta dissertação é feita uma análise sob o ponto de vista de sistemas dinâmicos e de análise de sensibilidade de seis modelos ao estilo de Hodgkin-Huxley e compartimentais de neurônios encontrados no córtex visual primário de mamíferos. Esses modelos correspondem a seis classes eletrofisiológicas de neurônios corticais e o estudo feito nesta dissertação oferece uma contribuição ao entendimento dos princípios de sistemas dinâmicos subjacentes a essa classificação. / Computational neuroscience is a vast scientific area which has as subject of study the unsderstanding or emulation of brain dynamics at different levels. This work studies the dynamics of neurons, which are believed, according to present consensus, to be the fundamental processing units of the brain. The importance of studying neuronal behavior comes from the diversity of properties they may have. This study becomes richer when there are interactions between distintic neuronal internal systems, in different time scales, creating properties like adaptation, latency and bursting, resulting in different roles that neurons may have in the network. This dissertation contains a study of six reduced compartmental conductance-based models of neurons found in the primary visual cortex of mammals under the dynamical systems and sensitivity analysis viewpoints. These models correspond to six eletrophysiological classes of cortical neurons and this dissertation offers a contribution to the understanding of the dynamical-systems principles underlying such classification.