Várias propriedades do cérebro, como a aprendizagem e a memória, dependem da característica plástica das suas sinapses que lhe dá a capacidade de se adaptar de acordo com diferentes percepções do ambiente. Estudos recentes tem desenvolvido regras fenomenológicas para descrever a modificação das conexões químicas entre neurônios e entender as suas propriedades e efeitos em rede. Em particular, ainda foram pouco explorados sobre uma rede de neurônios recorrente, que possui apenas uma camada conectada a si mesma. É preciso um arranjo delicado das suas sinapses para que ela possa apresentar uma atividade transiente que tenha relação com o seu estímulo inicial. Após o ajuste de modelos matemáticos para simular a rede, conseguimos que esse sistema controlado fosse construído a partir duas regras de plasticidade de origem experimental, o escalonamento homeostático e a plasticidade dependente dos tempos de disparo. Quando treinada com a indução repetitiva de um padrão de potenciais de ação, a rede se auto-organiza para produzir uma resposta com frequência de disparos fixada pelas regras. Formulamos uma medida de correlação para quantificar a eficiência do reconhecimento e da separação de diferentes padrões apresentados, com relação à recuperação dos intervalos temporais, e analisamos diferentes aspectos que a influenciam. Os resultados deste trabalho serão apresentados após uma breve revisão da literatura. / Many of the brain properties, such as learning and memory, rely on the plastic nature of its synapses, which yields the capacity to adapt accordingly to the changes in the enviroment. Recent studies have worked in the development of phenomenological rules to describe the morphing of chemical connections between neurons and to understand its net effects. Most particularly, these are yet not much explored on a recurrent network architecture, which consists of a single layer connected within itself. A very delicate arrangement of the synapses is needed in order to the network to present a transient activity that still relates to the initial stimulus. We managed to adjust the mathematical models in order to get the controlled system to be built on top of two experimentally derived plasticity rules, the homeostatic scaling and the spike-timing-dependent plasticity. Trained by a repetitive exposure to an action potential pattern, the network organizes itself to produce a response with a firing frequency that has been determined by the rules. We created a correlation measure to quantify the efficience of recognition and separation of the presented pattern by comparing the time interval recovery, and analyzed the influence of diverse network aspects on it. The results of this work will be presented after a brief review of the literature.

A estrutura plástica do cérebro tem a capacidade de se adaptar a diversas condições e estímulos. No entanto, isso também pode facilitar a emergência de instabilidades, o que acarreta na necessidade de mecanismos de homeostase que previnam que a dinâmica da rede neural chegue a estados patológicos. A plasticidade associativa é considerada a principal base para o desenvolvimento de funções como memória e aprendizado, a realimentação positiva potencialmente leva à saturação de sinapses e instabilidades de atividade, especialmente em arquiteturas om conectividades recorrentes tais como em microcircuitos cerebrais. Neste trabalho investigamos a difícil interação entre a codificação de informação e o controle da atividade através da plasticidade Hebbiana e do escalonamento sináptico homeostático. O objetivo é a determinação de propriedades, como por exemplo a inibição e a conectividade, que proporcionam o desenvolvimento de codificação de informação de uma maneira confiável e fisiologicamente relevante através de plasticidade sináptica, prevenindo comportamento patológico. Após uma breve revisão bibliográfica de tópicos básicos da neurofisiologia e da modelagem de redes neurais, a primeira parte dos resultados apresenta uma rede que, sob uma forma específica de esc alonamento sináptico, desenvolve associatividade de padrões de disparo espaço-temporais e discute a afetação da capacidade de separação e confiabilidade de acordo om escalas de tempo de plasticidade, limitações sobre a eficácia sináptica e a dinâmica das interações inibitórias. A segunda parte define condições para manter o escalonamento sináptico homeostático sem instabilidades dinâmicas, om foco em fenômenos pouco explorados, como o escalonamento de sinapses inibitórias e o alcance efetivo da plasticidade. Em direção a outros mecanismos que podem influenciar esse balanço, a última parte descreve os efeitos do local de expressão da plasticidade de longa duração sobre a dinâmica de aprendizado, o que é demonstrado diferir de acordo om a codificação do estímulo.

Made available in DSpace on 2015-05-22T12:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000468512-Texto+Completo-0.pdf: 640053 bytes, checksum: f4131c44544f4d4546887f47ed4c8c6a (MD5) Previous issue date: 2015 / Iron is essential in the neonatal brain for normal neurological development and for establishment of the concentration of iron in the adult brain, as iron absorption is greatest during the neonatal period. It is believed that iron overload contributes to the development of neurodegeneration, the exacerbation of the normal apoptosis rates, largely due to its participation in the Fenton reaction and production of reactive oxygen species. Previous studies in our laboratory have shown that treatment with iron in the neonatal period worsens the memory, as well as an increase in oxidative stress parameters and levels of apoptotic proteins. Recently, we have also demonstrated that this treatment reduces synaptophysin levels (a synaptic marker) in the rats hippocampus. Mitochondria are involved in this process because they are considered the main intracellular source of superoxide anion and the main target of attack by free radicals. They are highly dynamic organelles that bind (fusion) and divide (fission) in response to environmental stimuli, developmental status and energy needs of the cells. Mitochondria are widely distributed in all neurons, but mitochondria subpopulations are enriched pre-synaptically in nerve terminals and post-synaptically in dendrites. In addition, they have been implicated in the pathogenesis of a wide variety of neurodegenerative diseases where synapses are known to be the main target. Sulforaphane is a natural compound that has been studied since the 1980s and considered to possess antioxidant and anti-inflammatory properties. This study aims to investigate the effects of treatment with Sulforaphane in adulthood on memory deficits and changes in markers of mitochondrial function, DNML1 and OPA1, and synaptic marker synaptophysin induced by neonatal iron treatment. Male Wistar rats received, orally, vehicle or carbonyl iron (30mg / kg) from the 12th to the 14th postnatal day. In order to evaluate the effects of acute Sulforaphane treatment on memory, rats were trained in the object recognition task and received one single intraperitoneal injection of Vehicle or Sulforaphane (0. 5 or 5 mk/kg) immediately after training. To evaluate the effects of Sulforaphane chronic treatment on memory, rats received vehicle or Sulforaphane (0. 5 or 5 mg / kg) for 14 days every other day, and were trained in the object recognition task 24 h after the last injection. The memory analysis was performed using the recognition index, expressed as the ratio between the amount of time spent in exploring the new object on the total time spent exploring both objects. DNML1, OPA1, and synaptophysin levels in the hippocampus were quantified by Western blotting. The quantification of protein was performed by measuring the density of the individual bands, normalized by β-actin density. Data were analyzed by comparing the averages for analysis of variance (ANOVA), with p <0. 05 considered statistically significant. Our results showed that acute treatment with Sulforaphane (0. 5 mg / kg) did not improve memory but at a dose of 5 mg / kg it was able to restore the memory deficits induced by iron. Chronic treatment with Sulforaphane, at both doses, also recovers the memory in rats treated with iron in the neonatal period. Sulforaphane at the dose of 5 mg/kg also recovers DNM1L mitochondrial alteration and synaptophysin in the hippocampus, confirming a possible neuroprotective role for this compound. / O ferro é essencial no cérebro neonatal para o desenvolvimento neurológico normal e para o estabelecimento da concentração de ferro no cérebro adulto, já que a absorção de ferro é máxima durante o período neonatal. Acredita-se que a sobrecarga de ferro contribua para o desenvolvimento da neurodegeneração, na exacerbação das taxas normais de apoptose, em grande parte devido à sua participação na reação de Fenton e produção de espécies reativas de oxigênio. Estudos prévios em nosso laboratório demonstraram que o tratamento com ferro no período neonatal piora a memória, bem como aumento em parâmetros de estresse oxidativo e em níveis de proteínas apoptóticas. Recentemente, também demonstramos que esse tratamento reduz os níveis de sinaptofisina (um marcador sináptico) em hipocampo de ratos. As mitocôndrias estão envolvidas neste processo por serem consideradas a fonte intracelular principal do ânion superóxido bem como o alvo principal de ataque de radicais livres. São organelas altamente dinâmicas que se unem (fusão) e se dividem (fissão) em resposta a estímulos ambientais, status de desenvolvimento, e as necessidades energéticas das células. As mitocôndrias são amplamente distribuídas por todos os neurônios, porém subpopulações de mitocôndrias são enriquecidas pré-sinapticamente nos terminais nervosos e pós-sinapticamente nos dendritos. Além disso, estas têm sido implicadas na patogênese de uma ampla variedade de doenças neurodegenerativas, onde sinapses são conhecidas por serem o alvo principal. O Sulforafano é um composto natural que vem sendo estudado desde a década de 1980 e considerado por possuir propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias.O presente trabalho visa investigar os efeitos do tratamento com Sulforafano na idade adulta sobre os déficits de memória e sobre alterações em marcadores da função mitocondrial, DNML1 e OPA1, e marcador sináptico sinaptofisina, induzidos pelo tratamento neonatal com ferro. Os ratos Wistar machos receberam, por via oral, veículo ou ferro carbonila (30mg/kg) do 12º ao 14º dia pós-natal. Na idade adulta, para a avaliação dos efeitos do tratamento agudo com Sulforafano sobre a memória, os animais foram treinados na tarefa de reconhecimento de objeto e receberam uma única injeção, por via intraperitoneal, de veículo ou Sulfarafano (0,5 ou 5 mg/kg) imediatamente após o treino. Para a avaliação dos efeitos do tratamento crônico com Sulforafano sobre a memória, os animais foram tratados com veículo ou Sulfarafano (0,5 ou 5 mg/kg) durante 14 dias, em dias intercalados e treinados na tarefa de reconhecimento de objeto 24 horas após a última injeção. A análise de memória foi realizada através do índice de reconhecimento, expresso pela razão entre a quantidade de tempo gasto na exploração do objeto novo sobre o tempo total gasto explorando ambos os objetos. Os níveis protéicos de DNML1, OPA1 e sinaptofisina no hipocampo foram quantificados através de Western blotting. A quantificação das proteínas foi realizada através da medida das densidades das bandas individuais, normalizadas pela densidade de β-actina. Os dados foram analisados através das comparações entre as médias por análise de variância de uma via (ANOVA), sendo o p<0,05 considerado estatisticamente significativo. Nossos resultados mostraram que o tratamento agudo com Sulforafano (0,5 mg / kg) não melhora a memória mas na dose de 5 mg/kg foi capaz de restaurar a memória e no tratamento crônico com Sulforafano, ambas as doses recuperam a memória em ratos tratados com ferro no período neonatal. O Sulforafano na dose de 5 mg/kg também recupera os danos mitocondriais causados na DNM1L e sinaptofisina no hipocampo, corroborando com um possível papel neuroprotetor para esse composto.

Várias propriedades do cérebro, como a aprendizagem e a memória, dependem da característica plástica das suas sinapses que lhe dá a capacidade de se adaptar de acordo com diferentes percepções do ambiente. Estudos recentes tem desenvolvido regras fenomenológicas para descrever a modificação das conexões químicas entre neurônios e entender as suas propriedades e efeitos em rede. Em particular, ainda foram pouco explorados sobre uma rede de neurônios recorrente, que possui apenas uma camada conectada a si mesma. É preciso um arranjo delicado das suas sinapses para que ela possa apresentar uma atividade transiente que tenha relação com o seu estímulo inicial. Após o ajuste de modelos matemáticos para simular a rede, conseguimos que esse sistema controlado fosse construído a partir duas regras de plasticidade de origem experimental, o escalonamento homeostático e a plasticidade dependente dos tempos de disparo. Quando treinada com a indução repetitiva de um padrão de potenciais de ação, a rede se auto-organiza para produzir uma resposta com frequência de disparos fixada pelas regras. Formulamos uma medida de correlação para quantificar a eficiência do reconhecimento e da separação de diferentes padrões apresentados, com relação à recuperação dos intervalos temporais, e analisamos diferentes aspectos que a influenciam. Os resultados deste trabalho serão apresentados após uma breve revisão da literatura. / Many of the brain properties, such as learning and memory, rely on the plastic nature of its synapses, which yields the capacity to adapt accordingly to the changes in the enviroment. Recent studies have worked in the development of phenomenological rules to describe the morphing of chemical connections between neurons and to understand its net effects. Most particularly, these are yet not much explored on a recurrent network architecture, which consists of a single layer connected within itself. A very delicate arrangement of the synapses is needed in order to the network to present a transient activity that still relates to the initial stimulus. We managed to adjust the mathematical models in order to get the controlled system to be built on top of two experimentally derived plasticity rules, the homeostatic scaling and the spike-timing-dependent plasticity. Trained by a repetitive exposure to an action potential pattern, the network organizes itself to produce a response with a firing frequency that has been determined by the rules. We created a correlation measure to quantify the efficience of recognition and separation of the presented pattern by comparing the time interval recovery, and analyzed the influence of diverse network aspects on it. The results of this work will be presented after a brief review of the literature.

A estrutura plástica do cérebro tem a capacidade de se adaptar a diversas condições e estímulos. No entanto, isso também pode facilitar a emergência de instabilidades, o que acarreta na necessidade de mecanismos de homeostase que previnam que a dinâmica da rede neural chegue a estados patológicos. A plasticidade associativa é considerada a principal base para o desenvolvimento de funções como memória e aprendizado, a realimentação positiva potencialmente leva à saturação de sinapses e instabilidades de atividade, especialmente em arquiteturas om conectividades recorrentes tais como em microcircuitos cerebrais. Neste trabalho investigamos a difícil interação entre a codificação de informação e o controle da atividade através da plasticidade Hebbiana e do escalonamento sináptico homeostático. O objetivo é a determinação de propriedades, como por exemplo a inibição e a conectividade, que proporcionam o desenvolvimento de codificação de informação de uma maneira confiável e fisiologicamente relevante através de plasticidade sináptica, prevenindo comportamento patológico. Após uma breve revisão bibliográfica de tópicos básicos da neurofisiologia e da modelagem de redes neurais, a primeira parte dos resultados apresenta uma rede que, sob uma forma específica de esc alonamento sináptico, desenvolve associatividade de padrões de disparo espaço-temporais e discute a afetação da capacidade de separação e confiabilidade de acordo om escalas de tempo de plasticidade, limitações sobre a eficácia sináptica e a dinâmica das interações inibitórias. A segunda parte define condições para manter o escalonamento sináptico homeostático sem instabilidades dinâmicas, om foco em fenômenos pouco explorados, como o escalonamento de sinapses inibitórias e o alcance efetivo da plasticidade. Em direção a outros mecanismos que podem influenciar esse balanço, a última parte descreve os efeitos do local de expressão da plasticidade de longa duração sobre a dinâmica de aprendizado, o que é demonstrado diferir de acordo om a codificação do estímulo.

A eficiência da transmissão sináptica no sistema nervoso central está associada com a densidade na concentração de canais iônicos operados por ligantes na membrana pós-sináptica. A gefirina, uma proteína de 93 kDa, é um elemento importante na organização dos receptores inibitórios pos-sinápticos, funcionando como uma plataforma de múltiplas interações proteína-proteína, promovendo agrupamento de receptores, de proteínas do citoesqueleto e de proteínas de sinalização efetoras na região da sinapse. A organização estrutural da gefirina compreende três domínios principais denominadas G, E e C. A interação entre gefirina e o receptor de glicina (GlyR) envolve o domínio E da gefirina e a alça citoplasmática localizada entre os seguimentos transmembrana 3 e 4 da subunidade β de GlyR. A associação de mecânica quântica e mecânica molecular no estudo da associação de gefirina-GlyR irá aumentar a compreensão de detalhes anatômicos. Assim, para investigar as características eletrônicas relacionadas aos mecanismos de ancoramento de GlyR pela gefirina nós utilizamos abordagens teóricas de bioquímica quântica. Avaliamos a contribuição energética de cada resíduo de aminoácido na interface molecular do ancoramento entre gefirina e GlyR. As maiores contribuições decorrentes da análise de 34 interações foram, em ordem decrescente: -32,09 kcal mol-1, observado entre os resíduos Asp729 (gefirina) e Ser403 (GlyR); -24,04 kcal mol-1 entre Arg653 (gefirina) e Phe398 (GlyR) e -23,50 kcal mol-1 entre Asp327(gefirina) e Ser399 (GlyR). A menor interação foi de -1,78 kcal mol-1 entre os resíduos de aminoácido Ile656 (gefirina) e Ser399 (GlyR). Todas as interações observadas neste estudo mostraram interação de atração e a soma das contribuições individuais indica uma energia de ligação total de -343,49 kcal/mol. Pela análise da contribuição individual de cada resíduo foi possível determinar a relevância de Asp729 (gefirina) / Ser403 (GlyR), seguido de Arg653 (gefirina) / Phe398 (GlyR), Asp327 (gefirina) / Ser399 (GlyR) e Phe330 (gefirina) / Ile400 (GlyR), entre outros. Estes resultados contribuem para a maior compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na estabilização/ruptura de GlyR na membrana sináptica. / In the central nervous system, a high concentration of ligand-gated ion channels is necessary at the postsynaptic membrane to display efficient synaptic transmission. Gephyrin, a 93 kDa protein, is an important element in the organization of the inhibitory synaptic receptors, as a platform for multiple protein-protein interactions, bringing receptors, cytoskeletal proteins and downstream signaling proteins into close spatial proximity. This protein consists of three major domains named G, E and C. The interaction between gephyrin and the glycine receptor (GlyR) involves the E-domain of gephyrin and a cytoplasmic loop located between transmembrane segments 3 and 4 of the GlyR β subunit. Combined quantum-mechanics and molecular-mechanics in the gephyrin-GlyR association studies increase the understanding of atomic details. In order to investigate the electronic features involved in the mechanism of the GlyR anchoring by gephyrin we have employed theoretical approaches of quantum biochemistry. The energy contribution of each individual amino acid residues within the molecular interface of the anchorage between gephyrin and GlyR were evaluated. The largest contributions in the analysis of 34 interactions were, in descending order: -32.09 kcal mol-1, observed between residues Asp729 (gephyrin) and Ser403 (GlyR); -24.04 kcal mol-1 between Arg653 (gephyrin) and Phe398 (GlyR) and -23.50 kcal mol-1 between Asp327 (gephyrin) and Ser399 (GlyR). The smaller interaction was -1.78 kcal mol-1 between the amino acid residues Ile656 (gephyrin) and Ser399 (GlyR). All interactions observed in this study showed attractive interaction, and the sum of individual contributions indicate a total binding energy of -343.49 kcal/mol. After the analysis of the individual contribution of each residue we could determine the relevance of Asp729 (gephyrin) / Ser403 (GlyR), followed by Arg653 (gephyrin) / Phe398 (GlyR), Asp327 (gephyrin) / Ser399 (GlyR) and Phe330 (gephyrin) / Ile400 (GlyR), among others. These results increase the understanding of the molecular mechanisms involved in the stabilization/disruption of GlyR in the synaptic membrane.

Várias propriedades do cérebro, como a aprendizagem e a memória, dependem da característica plástica das suas sinapses que lhe dá a capacidade de se adaptar de acordo com diferentes percepções do ambiente. Estudos recentes tem desenvolvido regras fenomenológicas para descrever a modificação das conexões químicas entre neurônios e entender as suas propriedades e efeitos em rede. Em particular, ainda foram pouco explorados sobre uma rede de neurônios recorrente, que possui apenas uma camada conectada a si mesma. É preciso um arranjo delicado das suas sinapses para que ela possa apresentar uma atividade transiente que tenha relação com o seu estímulo inicial. Após o ajuste de modelos matemáticos para simular a rede, conseguimos que esse sistema controlado fosse construído a partir duas regras de plasticidade de origem experimental, o escalonamento homeostático e a plasticidade dependente dos tempos de disparo. Quando treinada com a indução repetitiva de um padrão de potenciais de ação, a rede se auto-organiza para produzir uma resposta com frequência de disparos fixada pelas regras. Formulamos uma medida de correlação para quantificar a eficiência do reconhecimento e da separação de diferentes padrões apresentados, com relação à recuperação dos intervalos temporais, e analisamos diferentes aspectos que a influenciam. Os resultados deste trabalho serão apresentados após uma breve revisão da literatura. / Many of the brain properties, such as learning and memory, rely on the plastic nature of its synapses, which yields the capacity to adapt accordingly to the changes in the enviroment. Recent studies have worked in the development of phenomenological rules to describe the morphing of chemical connections between neurons and to understand its net effects. Most particularly, these are yet not much explored on a recurrent network architecture, which consists of a single layer connected within itself. A very delicate arrangement of the synapses is needed in order to the network to present a transient activity that still relates to the initial stimulus. We managed to adjust the mathematical models in order to get the controlled system to be built on top of two experimentally derived plasticity rules, the homeostatic scaling and the spike-timing-dependent plasticity. Trained by a repetitive exposure to an action potential pattern, the network organizes itself to produce a response with a firing frequency that has been determined by the rules. We created a correlation measure to quantify the efficience of recognition and separation of the presented pattern by comparing the time interval recovery, and analyzed the influence of diverse network aspects on it. The results of this work will be presented after a brief review of the literature.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-01-26T18:23:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Bruno Nogueira de Souza Medeiros.pdf: 9343758 bytes, checksum: a52019cac84b1c22ad1caf5b981e9a25 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-26T18:23:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Bruno Nogueira de Souza Medeiros.pdf: 9343758 bytes, checksum: a52019cac84b1c22ad1caf5b981e9a25 (MD5) Previous issue date: 2015-02-26 / CNPQ / FACEPE / Sistemas sensoriais biológicos usualmente são formados por redes complexas de milhares de neurônios capazes de discernir estímulos cujas intensidades podem cobrir várias ordens de magnitude, o que se traduz em uma grande faixa dinâmica. Estudos recentes sugerem que grandes faixas dinâmicas emergem como um fenômeno coletivo de vários elementos excitáveis de pequena faixa dinâmica conectados entre si. Este efeito tem possíveis aplicações práticas na construção de sensores biologicamente inspirados de alta sensibilidade e grande faixa dinâmica. Motivado por este fato, esta tese propõe o uso de circuitos eletrônicos de extrema simplicidade para a construção de redes de elementos excitáveis. Um circuto eletrônico excitável, inspirado na dinâmica do modelo de FitzHugh-Nagumo para excitabilidade neuronal, serve como elemento básico na construção de redes. Para conectar tais circuitos, um outro circuito eletrônico que simula o comportamento de sinapses químicas é utilizado. Devido à sua simplicidade, ambos os circuitos permitem fácil modelagem matemática, além de poderem ser reproduzidos em larga escala. Ainda assim, os circuitos dão liberdade para controle de parâmetros importante da dinâmica, como escalas temporais e intensidades de acoplamento. O uso destes circuitos eletrônicos, juntamente com circuitos complementares, como geradores de ruído, permitem a investigação diversos fenômenos coletivos envolvendo elementos excitáveis. Neste trabalho focamos nossos esforços no estudo de efeitos de simetria sináptica, que levem à ressonâcia de coerência ou incoerência e no fenômeno de alargamento de faixa dinâmica. / Biological sensory system are usually composed of complex networks of thousands of neurons capable of differentiating stimuli ranging many orders of magnitude, which translates to a large dynamic range. Recent works suggest that large dynamic ranges arise as a collective phenomenon of many excitable elements of low dynamic range connected together. This effect has possible practical applications in the construction of biologically inspired sensors with high sensibility and dynamic range. With such motivation, this thesis proposes the use of electronic circuits of extreme simplicity in the construction of excitable elements networks. An excitable electronic circuit, inspired in the dynamics of the FitzHugh-Nagumo model for neuronal excitability, is the building block in the construction of networks. To connect such circuits, another electronic circuit mimicking the behavior of chemical synapses is employed. Due to their simplicity, both circuits allow for straightforward mathematical modeling and reproduction in large scale. Despite that, important dynamic parameters such as time scales and coupling strengths can be controlled. The use of those electronic circuits, along with other complementary circuits like noise generators, allows for the investigation of many collective phenomena where excitable elements are the main agents. In this work we focus our efforts in the study of synaptic symmetry effects that lead to coherence or incoherence resonance and in the phenomenon of dynamic range increase.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2018-08-16T17:44:08Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Michelle Mendanha Mendonça - 2017.pdf: 20722346 bytes, checksum: 2ee7a850badae565954ebdb18346c83d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-08-17T11:31:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Michelle Mendanha Mendonça - 2017.pdf: 20722346 bytes, checksum: 2ee7a850badae565954ebdb18346c83d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T11:31:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Michelle Mendanha Mendonça - 2017.pdf: 20722346 bytes, checksum: 2ee7a850badae565954ebdb18346c83d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-07-25 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Within the hypothalamic areas involved in the control of cardiovascular function, neurons of the paraventricular hypothalamus play a key role, either by projecting to the sympathetic premotor neurons of rostroventrolateral medulla (RVLM) or by reaching preganglionic neurons of the spinal intermediolateral column (IML). Despite describing the role of PVH in the cardiovascular control, literature lacks of data on the PVH contribution to the control of cardiac function. In this regard, the aim of the present study was to assess whether gabaergic and adrenergic synapses, known for being active at the PVH, are involved in the control of cardiac function by its neurons in normotensive anesthetized animals. Experiments were performed in adult male Wistar rats (250-350g) that were anesthetized with urethane (1.2-1.4 g/kg i.p.) and underwent catheterization of femoral to record arterial pressure and heart rate. Femoral vein was used to inject the vasoactive drugs phenylephrine (10μg/kg) the sodium nitroprussiate (10μg/kg), the blocker of cardiac pacemaker zatebradine (1mg/kg) and to supplement anesthesia. The cardiac left ventricle was catheterized to record the left ventricular pressure and its derivative. Craniotomy allowed for injections into the PVH of: muscimol (20mM – 100nL), bicuculline (0,4mM - 100nL), propranolol (10mM – 100nL), isoproterenol (100μM – 100nL), fentolamine (13mM – 100nL), phenylephrine (30nM – 100nL). The main results were: i) inhibition of PVH by injecting GABAA agonist muscimol, reduced arterial pressure and cardiac inotropy; ii) disihibition of PVH neurons by injecting bicuculline evoked positive chronotropy and inotropy; iii) Alfa adrenergic receptors control cardiac function; iv) Beta adrenergic receptors of PVH do not influence cardiac function; v) afterload seems to poorly contribute to the PVH-evoked inotropy. Jointly, our results suggest that PVH provides substantial contribution to the tonic control of cardiac function. We conclude that the PVH participates in the control of cardiac function. Changes in the activity of these neurons by gabaergic and adrenergic influences may set autonomic control of cardiac function, thus resulting in contractile and heartbeat responses. Deepen the knowledge on the mechanisms underlying the control of central areas and its influence on the cardiovascular system may feed the understanding of cardiovascular pathophysiology. / Dentre as áreas hipotalâmicas envolvidas no controle da função cardiovascular, os neurônios do hipotálamo paraventicular (PVH) desempenham um papel fundamental no controle da função cardíaca por meio de suas projeções para neurônios pré-motores simpáticos do bulbo rostroventrolateral (RVLM) pelas projeções diretas que alcançam os neurônios pré-ganglionares da coluna intermediolateral espinhal (IML). Contudo, não há dados na literatura sobre sua contribuição para o controle da função cardíaca em animais normotensos e anestesiados. Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi avaliar se as sinapses gabaérgicas e adrenérgicas, presentes no PVH, estão envolvidas no controle da função cardíaca por esses neurônios. Os experimentos foram realizados em ratos Wistar machos (250-350g), que foram anestesiados com uretana (1,2 a 1,4 g / kg i.p.) e tiveram sua artéria femoral canulada para registrar pressão arterial e frequência cardíaca. A veia femoral foi utilizada para injeções de fármacos vasoativos fenilefrina (10μg/kg) e nitroprussitato de sódio (10μg/kg), do bloqueador do marcapasso cardíaco zatebradina (1mg/kg) e para suplementação de anestesia. O ventrículo esquerdo cardíaco foi cateterizado para medir a pressão ventricular esquerda e sua derivativa. A craniotomia foi realizada para permitir injeções no PVH de: muscimol (20mM – 100nL), bicucullina (0,4mM - 100nL), propranolol (10mM – 100nL), isoproterenol (100μM – 100nL), fentolamina (13mM – 100nL), fenilefrina (30nM – 100nL). Os principais achados deste estudo são: i) A inibição dos neurônios do PVH pela injeção do agonista GABAA muscimol reduziu a pressão arterial e o inotropismo cardíaco; ii) A desinibição dos neurônios do PVH pela injeção de bicuculina provocou respostas cronotrópicas e inotrópicas positivas; iii) Os receptores α-adrenérgicos contribuem para o cronotropismo e inotropismo cardíacos; iv) Os receptores β- adrenérgicos do PVH não influenciam o controle da função cardíaca; v) A pós-carga exerceu pouca influência nas respostas inotrópicas controladas pelo PVH. Em conjunto, os resultados sugerem que o PVH contribui de forma relevante para o controle tônico da função cardíaca em animais normotensos e anestesiados. Assim conclui-se que o PVH participa do controle da função cardíaca.

Recentes estudos sugerem a existência de sinapses elétricas mediadas por junções gap entre fotorreceptores na retina de vertebrados. Neste trabalho, descrevemos um modelo computacional dos circuitos primário e secundário mediados pelos bastonetes da retina de vertebrados. O modelo é composto pelas seguintes populações de células: bastonetes, cones, células bipolares dos bastonetes, células bipolares dos cones, células amácrinas do tipo AII e células ganglionares. As células do modelo estão acopladas entre si por sinapses químicas e elétricas segundo padrões realísticos de convergência e divergência. As sinapses elétricas ocorrem entre os bastonetes, entre os bastonetes e os cones, entre as células amácrinas AII e entre as células bipolares dos cones e a células amácrinas AII. O modelo assume que um estímulo luminoso de baixa intensidade, simulando condições escotópicas, atinge todos os bastonetes da camada receptora, porém menos da metade deles é excitada. A resposta dos bastonetes excitados é controlada por uma fotocorrente cuja amplitude pode ser alterada para simular estímulos de diferentes intensidades dentro da faixa escotópica. O modelo é utilizado para investigar os efeitos dos diferentes graus de acoplamento elétrico entre as células receptoras e entre as células amácrinas AII, além do efeito de diferentes valores de condutância do canal Ih ativado pela hiperpolarização nos bastonetes, sobre a faixa dinâmica da retina. Os resultados das simulações mostram que, para valores realísticos da condutância do canal Ih, a faixa dinâmica medida na camada receptora é maximizada para o índice de conectividade crítico para que haja percolação de ligação. No entanto, quando a faixa dinâmica é medida para as células bipolares ou ganglionares o valor máximo é obtido para um índice de conectividade subcrítico. Este resultado é conseqüência da alta convergência de sinapses químicas entre os bastonetes e células bipolares. / Recent studies suggest the existence of electrical synapses (gap junctions) connecting photoreceptors in the vertebrate retina. In this work we describe a computer model of the primary and secondary rod pathways in the vertebrate retina. The model is composed of the following cell populations: rods, cones, rod bipolar cells, cone bipolar cells, AII amacrine cells and ganglion cells. Cells of the model are connected via chemical as well as electrical synapses according to realistic convergence and divergence factors. There are electrical synapses between rods, rods and cones, AII amacrine cells, and cone bipolar cells and AII amacrine cells. The model assumes that low intensity stimuli simulating scotopic conditions reach all rods in the receptor array but less than half of them are excited. The excited rods response is controlled by a photocurrent waveform whose amplitude can be manipulated to simulate stimuli of different intensities within the scotopic range. The model is used to investigate the effects of different degrees of coupling among photoreceptors and among AII amacrine cells, as well as values of rod hyperpolarization activated current Ih on the dynamic range of the retina. Results show that for realistic values of Ih conductance the dynamic range of the rod array is maximized at the critical connectivity degree for bond percolation. However, the dynamic range of the rod bipolar and ganglion cells is maximized for a photoreceptor connectivity degree below the critical value. The latter result is a consequence of the high convergence of chemical synapses from rods to rod bipolar cells.