Early sensory experiences play a critical role in the activity-dependent development of the sensorimotor system. The sources of sensory input to the neonatal nervous system involve external stimulation (exafference) and sensory feedback arising from self-generated movements (reafference). In the perinatal period, reafference from twitches of the limbs and facial muscles during active (REM) sleep is a powerful driver of neural activity across the entire neuraxis. Thus, sleep-related twitches are thought to contribute to the activity-dependent development of sensorimotor networks. In this dissertation, we first aimed to identify a motor pathway for the generation of twitching. Using newborn rats at postnatal day (P) 8, we provide evidence that the red nucleus (RN; source of the rubrospinal tract) is involved in the production of twitching. In addition, we show that reafference from twitches drives neural activity in the RN, therefore suggesting that the RN is an important site for sensorimotor integration. Also, in the RN of P8 rats, twitch-related reafference triggers theta (4–7 Hz) oscillations. By P12, theta oscillations are expressed continuously and exclusively across bouts of active sleep. Synchronized neuronal oscillations comprise a fundamental mechanism by which distant neural structures establish and express functional connectivity. Thus, we next hypothesized that sleep-dependent theta oscillatory activity enables the expression of network connectivity between the RN and associated neural networks, such as the hippocampus. Simultaneous recordings from the hippocampus and RN at P12 show that theta oscillations in both structures are synchronized, co-modulated, and mutually interactive exclusively during active sleep. Lastly, we test the hypothesis that twitches drive synchronized oscillatory activity across functionally related sensory structures at early ages when the occurrence of oscillations largely depends on sensory input. Focusing on the cortico-hippocampal network at P8, we demonstrate that, unlike periods of wake-related movements or behavioral quiescence, twitching promotes coupled oscillatory activity at Beta2 frequency (~20-30 Hz). Altogether, the findings in this dissertation suggest that one of the functions of active sleep in early infancy is to provide a context for sensorimotor processing and for synchronizing activity within and between forebrain and brainstem structures. Consequently, any condition or manipulation that restricts active sleep can deprive the infant animal of substantial sensory experience, potentially resulting in atypical developmental trajectories.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:50:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-11T03:25:48Z : No. of bitstreams: 1 Publico-10874.pdf: 336312 bytes, checksum: bde3d9f65dc223d46e21349b3e3c3fee (MD5) / Pacientes com distrofia muscular de Duchenne apresentam alteracoes no sistema nervoso central (SNC). Mudancas no SNC tambem ocorrem nos camundongos distroficos (mdx), incluindo perda de fibras rubro-espinais. Para examinar se outras vias tambem sao reduzidas no mdx, propusemo-nos a estudar a organizacao topografica das vias trigemino-rubrais e quantificar os neuronios do Complexo Trigeminal que se projetam para o nucleo Rubro em camundongos C57BL10 (normais) e distroficos (mdx) de diferentes idades. Para tanto, os animais foram submetidos a cirurgia estereotaxica para as injecoes dos tracadores de transporte retrogrado Fluorogold, Rodamina e Fluoresceina, bilateralmente, no nucleo Rubro. Sete dias depois, os animais foram sacrificados sob anestesia atraves de perfusao transcardiaca e os encefalos foram congelados em meio de embebicao proprio no uso do aparelho criostato e, destes encefalos foram realizados cortes seriados na espessura de 35 ƒÊm. A analise foi realizada em microscopico de epifluorescencia. Foram contados os neuronios do subnucleo oral do nucleo espinal do nervo trigemeo em camundongos normais e distroficos de 3, 6 e 12 meses de idade. No Sistema Intersticial, foram contados todos os neuronios marcados ao longo de sua extensao. Nossos resultados mostraram que existe uma organizacao topografica na projecao dos neuronios do Complexo Trigeminal e do Sistema Intersticial para o nucleo Rubro, em camundongos. Todos os nucleos sensoriais do Complexo Trigeminal apresentaram intensa marcacao bilateral, com predominio contralateral quando o sitio de injecao foi na regiao magnocelular do nucleo Rubro; os neuronios apresentaram pouca ou nenhuma marcacao quando o sitio atingiu a região parvocelular e, quando o sítio de injeção atingiu a região intermediária do núcleo a qual abrange suas partes magnocelular e parvocelular, a marcação retrógrada foi mais intensa só quando o foco do sítio atingiu mais a região magnocelular. O núcleo motor do Complexo Trigeminal não foi marcado em nenhuma das situações. No Sistema Intersticial, foram marcados os neurônios apenas quando o sítio de injeção abrangeu a região magnocelular do núcleo Rubro. Também foi verificado que no Complexo Trigeminal essa organização é semelhante em ambos os grupos normais e distróficos. Os resultados mostraram uma redução de 50% no número de neurônios do Complexo Trigeminal no mdx com a idade de 3 meses. Essa redução neuronal se manteve nos camundongos mdx nos grupos de 6 e 12 meses, não ocorrendo progressão desta perda com a idade. Além disso, o grupo de camundongos C57BL10 (normais) também não apresentou perda neuronal com a idade. Concluímos que a diferença observada no complexo trigeminal no grupo de 3 meses já está estabelecida e que não é progressiva com o avanço da idade; portanto, é bem provável que os camundongos mdx já nasçam com essa redução ou que a mesma ocorra logo nas primeiras semanas após o nascimento. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

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