Em um dos estágios do processamento visual da mosca - a placa lobular, uma para cada hemisfério da cabeça da mosca - nós encontramos neurônios dedicados à detecção e processamento do auto-movimento. Um destes neurônios, chamado HI, detecta o movi-mento de trás para frente na horizontal e os dois neurônios de cada lado da cabeça interagem, melhorando a extração da informação sobre o estímulo gerado pelo ambiente. Neste trabalho nós apresentamos uma instalação experimental de registro simultâneo dos dois neurônios HI, discutimos as dificuldades associadas com este esforço e os dados preliminares obtidos. Os spikes gerados pelos neurônios HI são registrados extracelularmente com elétrodos de tungstênio, alimentam um head-stage, um pré-amplificador e um discriminador, todos dispositivos eletrônicos analógicos, para serem processados em um digital, a fim de registar os tempos de chegada dos spikes com precisão de microssegundos. O hardware analógico e o digital são controlados pelo software Linux RealTime, baseados em RTLinux. O sistema de aquisição dos spike- times possui três canais de entrada e um de saída: uma entrada para cada HI e um para sincronização e uma saída para o envio\' do estímulo com 16 bits de resolução, que consiste no movimento horizontal de uma tela fixa. Nós discutiremos as dificuldades encontradas durante os testes/eliminação dos erros do equipamento. Estas têm sua origem em ter que controlar o \"wetware\" biológico e no hard/software eletrônicos. / In one of the fiy\'s optical processing stages - the lobula plate, one for each hemisphere of he fly\'s head -, we find neurons dedicated to the detection and processing of self-¬motion. One of these neurons, called H1, detects horizontal back-to-front motion and the two neurons of each side of the head interact, improving the extraction of information about the stimulus generated by the environment. In this work we present an experimental setup to record simultaneously from the two H1 neurons, discuss the difficulties associated with this endeavour and preliminary data obtained. The spikes generated by the H1 neurons are picked up extracellularly with Tungsten electrodes, are feed via a head-stage, a preamplifier and a discriminator, all electronic analog devices, to be processed from here on digitally, in arder to register the spike arrival times with microsecond precision. The analog and the digital hardware, based on RTLinux, are controlled by Linux RealTime software. The spike-time acquisition system has three input and one output channel: one input for each H1 and one for sinchronization and one output for delivering the stimulus with 16 bits resolution, consisting of the horizontal positions of a rigidly moving picture. We discuss the difficulties encountered during the testing/debugging of the equipment. These have their origin both having to control the biological \"wetware\" and the electric hard/soft-ware.

Como a informação sobre o ambiente natural é codificada na atividade neural do cérebro? Existe de fato um código neural que impera ao longo de todo processamento neural? Essas são algumas das grandes perguntas da Neurociência da atualidade. Assumindo que estratégias bem sucedidas são preservadas e reaproveitadas através da Evolução, buscamos explorar essas questões ao analisar a resposta extracelular do neurônio H1 do sistema visual da mosca a estímulos visuais com distribuições estatísticas de velocidades horizontais bem definidas. Utilizando uma abordagem de Sistemas Complexos, a análise de multifractalidade do código neural do H1 lança algumas luzes sobre uma estratégia de codificação fascinante, sustentando a idéia de que esse neurônio é capaz de falar diferentes linguagens, se ajustando de forma extremamente dinâmica e flexível à complexidade do estímulo visual (1), visando uma transmissão ótima de informação (2). / How is information about the natural environment coded in the brain neural activity? Is there really a neural code that reigns throughout the neural processing? These are some of the greatest questions of todays Neuroscience. Assuming that well succeeded strategies are preserved and reused through Evolution, we seek to explore these questions by analyzing the extracellular response of the blowfly visual system H1 neuron to certain visual stimuli with well known statistical distributions of horizontal velocities. Using a Complex Systems approach, the multifractality analysis of H1s neural code casts highlights in its fascinating coding strategy, supporting the idea that this neuron is capable of speaking different languages by adjusting itself to the complexity in visual stimuli in a very dynamical and flexible way (1), aiming at a optimal information transmission (2).

Entender como o cérebro processa informação é um dos problemas mais fascinantes da ciência de nossos dias. Para resolvê-lo, é fundamental estudarmos os mecanismos de representação e transmissão de informação de um único neurônio, a unidade fundamental de processamento do cérebro. Grande parte dos neurônios representa a informação por seqüências de pulsos elétricos, ou potenciais de ação. Nós usamos a mosca como modelo para estudar como a arborização dendrítica do neurônio influencia a quantidade de informação transmitida pela estrutura temporal da seqüência de pulsos. O mapeamento retinotópico da informação no sistema visual da mosca permite que as arborizações dendríticas de certos neurônios sejam estimuladas localmente através da região que corresponde a essa localização no campo visual. Nós apresentamos imagens em movimento em várias regiões do campo visual da mosca e medimos a resposta do neurônio H1, sensível a movimentos horizontais. Usando a teoria da informação, calculamos a quantidade de informação transmitida para cada uma dessas regiões do campo visual e a relacionamos com outras propriedades do neurônio, como por exemplo a sensibilidade espacial e eficiência. Nossos resultados sugerem que a arborização dendrítica influencia a codificação temporal de maneira significativa, indicando que o neurônio pode usar a estrutura temporal da sequência de pulsos para codificar outros parâmetros do estímulo, ou para aumentar a confiabilidade da codificação dependendo da região excitada / Understanding how the brain processes information about the outside world is one of the most fascinating problems of modern science. This involves the analysis of information representation and transmission in the fundamental processing element of the brain - the neuron. In the cortex neurons represent information by sequences of electrical pulses, or spikes. We use the fly as a model to study how the amount of information transmitted by the temporal structure of the spike trains depends on the neuron\'s dendritic arborization. The retinotopic mapping of information in the fly\'s visual system allows the stimulation of specific regions of the neuron\'s dendritic tree through the visual stimulation of the respective region in the visual field of the fly. We show an image moving in the preferred direction of the motion-sensitive neuron H1 in specific regions of the fly\'s visual field and measure the electrical response of the neuron. Using information theory, we calculate the amount of information transmitted for each of these regions and compare it with other properties of the neuron, for example, the spatial sensitivity. Our results suggest that the dendritic arborization influentes the temporal coding in a significant way, indicating that the neuron could use the temporal structure of the spike train to codify other parameters of the stimulus, or to increase the reliability of the code depending on the excited region

Os animais utilizam, entre outras coisas, a informação visual que chega na forma de padrões do fluxo óptico para se locomover, desviar de obstáculos, localizar um predador ou uma presa. Esta informação permite ao animal estimar seu próprio movimento e o movimento de outros objetos no campo visual. Nós usamos a mosca como modelo para estudar como um de seus neurônios, o H1 ? que é sensível a movimentos horizontais ?, codifica e diferencia o movimento da mosca ou seja, como ele diferencia os movimentos de rotação e translação. Assim como a grande parte dos neurônios, o H1 representa a informação por seqüências de pulsos elétricos, ou potenciais de ação. Queremos estudar principalmente a interação deste neurônio com o H1 contralateral e com as células CH e HS. Para isso pintamos o olho direito da mosca e acrescentamos um anteparo entre os monitores para isolarmos o H1 esquerdo e comparamos a resposta obtida desta forma com a obtida quando os dois H1 recebiam o fluxo óptico. Apresentamos imagens em movimento em dois monitores na região mais sensível do campo visual da mosca, sincronizadas de forma a simular movimentos de rotação e translação medindo sempre a resposta do neurônio H1 esquerdo. Acrescentamos também várias defasagens entre os estímulos apresentados e repetimos os experimentos para estímulos com tempos de correlação diferentes. Usando a teoria da informação, calculamos a quantidade de informação transmitida para cada um destes casos e analisamos como cada uma destas situações influencia não só a quantidade de informação transmitida pelo trem de pulsos mas a própria estrutura deste trem de pulsos. Nossos resultados sugerem que a interação entre os dois H1 diminui a quantidade de informação transmitida pela estrutura temporal da seqüência dos pulsos e que apesar de a defasagem não alterar a quantidade de informação total do trem de pulsos, ela altera a quantidade de informação transmitida pela estrutura de determinados eventos. / Animals use, among others things, the visual information arriving in the form of optic flow patterns to move itself, to deviate from obstacles, to locate a predator or a prey. This information allows the animal to estimate its own movement and the movement of other objects in the visual field. We use the fly as model to study how one of its neurons, the H1 - that is sensitive to horizontal movements -, codifies and differentiates the movement of the fly, i.e., how it distinguishes the movements of rotation and translation. The H1 represents the information as sequences of electric pulses, or action potentials. We want to study the interaction of this neuron with the contralateral H1 and with CH and HS cells. To do that we paint the right eye of the fly and add a screen between the monitors to isolate the left H1 and we compare the response obtained with the response, when both H1 received the optic flow. We show images moving in the most sensitive region of the fly\'s visual field synchronized so as to simulate rotational and translational movements and measure the left H1 response. We also add delays between the stimuli presented to each eye and repeat the experiments for stimuli with different correlation times. Using information theory, we calculate the amount of information transmitted for each one of these situations and analyze how they influence the amount of information transmitted by the spike train, as well as the structure of this spike train. Our results suggest that the interaction between both H1 reduces the amount of information transmitted by the time structure of the sequence of spikes and that, although the delay does not modify the amount of total information of the spike train, it modifies the amount of information transmitted by the structure of particular events.

Submitted by Rosa Assis (rosa_assis@yahoo.com.br) on 2017-05-12T15:24:19Z No. of bitstreams: 2 BRIAN LEE MAYER.....pdf: 4001679 bytes, checksum: aa944d055424e19342adcc174b7fc397 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2017-05-23T13:31:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 BRIAN LEE MAYER.....pdf: 4001679 bytes, checksum: aa944d055424e19342adcc174b7fc397 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-23T13:31:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 BRIAN LEE MAYER.....pdf: 4001679 bytes, checksum: aa944d055424e19342adcc174b7fc397 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Here, the occurrence of synchronism in coupled Newman-Watts graphs is studied, as a model of neural network. The inspiration for this study comes from the visual system of mammals. The whole network is formed by four coupled graphs, which represent the lateral geniculate nuclei and the visual cortices of the cerebral hemispheres. The hemispheres communicate due to a coupling between the graphs representing the visual cortices. This coupling makes the role of the corpus callosum. The state transition of the neurons occurs in discrete time and it follows a set of deterministic rules. From periodic stimuli coming from the retina, the neuronal activity is numerically computed. The goal is to determine how the values of the parameters related to the network topology affect the synchronization between the hemispheres. / Aqui, estuda-se a ocorrência de sincronismo em grafos de Newman-Watts acoplados, como um modelo de rede neural. A inspiração para esse estudo vem do sistema visual de mamíferos. A rede completa é formada por quatro grafos acoplados, que representam os núcleos geniculados laterais e os córtices visuais dos hemisférios cerebrais. Os hemisférios se comunicam por meio de um acoplamento entre os grafos que representam os córtices visuais. Esse acoplamento faz o papel do corpo caloso. A transição de estados dos neurônios ocorre em tempo discreto e obedece a um conjunto de regras deterministas. A partir de estímulos periódicos vindos da retina, a atividade neuronal é calculada numericamente. O objetivo é determinar como os valores dos parâmetros relacionados à topologia da rede afetam o sincronismo entre os hemisférios.

Corujas se destacam por suas habilidades visuais e auditivas. Pouco é conhecido sobre a neuroanatomia do seu telencéfalo. Assim, caracterizamos através de técnicas histo/imunoistoquímicas o telencéfalo da coruja-da-igreja. Os núcleos da base foram delineados através da sua intensa imunomarcação para DARPP-32 e tirosina hidroxilase. Áreas sensoriais primárias tálamorrecipientes, como o entopálio (E), L2 do Field L auditório e o núcleo basorostral palial, foram caracterizadas pela quase ausência de DARPP-32 e alta atividade da citocromo oxidase (CO). As pseudo-camadas do Wulst visual foram delineadas com uma combinação de métodos, incluindo a ativação da CO, e imunomarcação para DARPP-32. O Wulst visual e o Field L se destacaram como regiões enormes, enquanto o E se revelou menor. Os dados sugerem que a morfologia de muitas regiões telencefálicas da coruja-da-igreja é semelhante àquela em outras aves. Contudo, o Wulst e o Field L se destacaram por seu tamanho e grau de organização, refletindo a importância do sistema visual e auditivo no comportamento de corujas. / Owls possess exceptional visual and auditory capacities. There is only limited information about the neuroanatomy of their forebrain. Thus, we characterized by histo/immunohistochemical techniques the forebrain of the barn owl. The basal ganglia were delineated by their intense immunostaining for DARPP-32 and tyrosine hydroxylase. Primary thalamorecipient sensory areas, such as the entopallium (E), L2 of the auditory Field L and the basorostral palial nucleus were characterized by the almost absence of DARPP-32 and their high citocrome oxidase (CO) activity. The pseudo layers of the visual Wulst were delineated by a combination of methods, including CO activity and immunostaining for DARPP-32.The Wulst and Field L were outlined by their huge size, whereas the E was small. These data suggest that the morphology of many telencephalic regions of the barn owl is similar to that in other birds. However, the Wulst and Field L were highlighted by their size and degree of organization, reflecting the importance of the visual and auditory system for the behavior of owls.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-14T16:42:54Z No. of bitstreams: 1 EWALDO EDER CARVALHO SANTANA - TESE PPGEE 2009..pdf: 5646465 bytes, checksum: d83cd716193f68815a22b066836f3ae6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-14T16:42:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EWALDO EDER CARVALHO SANTANA - TESE PPGEE 2009..pdf: 5646465 bytes, checksum: d83cd716193f68815a22b066836f3ae6 (MD5) Previous issue date: 2009-11-06 / Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de uma rede neuronial com aprendizagem não supervisionada, para modelar a organização topográfica do córtex visual primário. Para isto, estuda-se o comportamento dos campos receptivos do córtex visual primário(V1), e, para o modelamento da rede utilizam-se os conceitos de divergência local e de interação entre neurônios vizinhos, bem como da característica de não linearidades dos neurônios. Para treinamento da rede desenvolveu-se um algoritmo de ponto fixo. / In this work it is proposed an unsupervised neural network model, which seems biologically plausible in modeling the primary visual cortex (V1). It is, also, studied de behavior of the receptive fields of V1. In order to modeling the net it was used the concepts of local discrepancy and interactions between neighbor neurons, as well the non-linearity characteristics of neurons. It was designed a fixed-point algorithm to train the neural network.

Os receptores glutamatérgicos metabotrópicos (mGluRs) estão envolvidos nos processos de plasticidade, neurodegeneração e neuroproteção. Avaliamos a expressão de mGluRs no sistema visual de ratos e pintos em diferentes tempos após enucleação ocular. Os animais foram avaliados pelo método de imuno-histoquímica, immunoblotting e RT-PCR, para detecção dos receptores mGluR1,2/3,5 e 7. Foi observado aumento da imunorreatividade (IR) de mGluR1, 5 e 7 no colículo superior, porém não foi observada diferença no núcleo geniculado lateral. Houve aumento na expressão protéica para mGluR1, 5 e 7 e aumento da expressão gênica para mGluR1,5 e 7; por outro lado, ocorreu uma diminuição de mGluR3. No TeO, foi observado aumento da IR para mGluR1 e 5 e diminuição para mGluR2/3. As análises de immunoblotting confirmaram o aumento observado de mGluR1 e diminuição de mGluR2/3. Os resultados indicam uma modulação diferencial na expressão gênica e protéica dos mGluRs, sugerindo a participação desses receptores em processos plásticos decorrentes de lesões no sistema visual adulto. / The metabotropic glutamate receptors (mGluRs) are involved in neuronal plasticity and neuroprotection. We analyzed the expression of mGluRs in the visual system of rats and chicks in several periods after ocular enucleation. The localization and expression of mGluR1, 5, 2/3 and 7 receptors were evaluated by standard immunoperoxidase, immunoblotting and real-time PCR protocols. The immunorreativity, protein and gene expression of mGluR1, 5 and 7 receptors in the superior colliculus showed an increase, whereas no changes were seen in the lateral geniculate nucleus. For mGluR3, gene expression was decreased. In the TeO, mGluR1 and 5 increased for all survival periods analyzed. Immunoblotting analyses confirmed the increases for mGluR1 and 5, decreases for mGluR2/3. These results indicate that the expression of mGluRs is regulated by the glutamatergic retinal input, and add data on a possible role of these receptors in neuroplasticity in adult animals.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:33:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Raphael_Carneiro_vfinal_1.pdf: 1963434 bytes, checksum: 49eb545fb4a9507cd1051d800e698c3d (MD5) Previous issue date: 2006-12-16 / Tudo o que vemos é construído mentalmente pelo sistema visual do cérebro humano, a partir dos estímulos recebidos nas retinas: a percepção de cor, forma, profundidade e movimento, os objetos e as cenas visuais completas. Pesquisas na área de inteligência artificial, especialmente aplicadas à robótica, buscam emular esta função biológica, a fim de capacitar sistemas artificiais na interação com o mundo real. Entretanto, tarefas simples para um ser humano são muito complexas para um robô. Este trabalho propõe uma modelagem matemático-computacional do sistema visual humano, que seja biologicamente plausível e que seja capaz de emular a função de percepção de movimento e de velocidade dos objetos presentes no campo visual. A arquitetura neural utilizada representa células das camadas V1 e MT do córtex visual, com campos receptivos que utilizam convolução dos estímulos visuais com uma função de Gabor, e um mapeamento log-polar das células da retina para as equivalentes no córtex visual. Essa modelagem foi implementada em um sistema computacional que calcula um mapa de velocidades, abrangendo todo o campo visual, a partir do processamento de uma seqüência de imagens em movimento, captadas por uma câmera, e do subseqüente processamento das camadas neurais envolvidas no modelo. A fim de que a sua eficácia fosse verificada, diversos experimentos foram realizados, obtendo-se resultados bastante satisfatórios. / Everything that we see is mentally built by the human brain s visual system, from the stimuli received by the retinas: the perception of color, shape, depth and motion, the objects and the complete visual scenes. Researches on artificial intelligence, especially applied to robotics, look for emulating this biological function, in order to enable artificial systems to interact with the real world. However, simple tasks for a human being might be very complex for a robot. This work proposes a mathematical-computational modeling of the human visual system that is biologically plausible and capable to emulate motion perception and velocity perception of the objects present in the visual field. The proposed neural architecture represents V1 and MT cells of the visual cortex, with receptive fields using a convolution of the visual stimuli with a Gabor function, and a log-polar mapping of the retina cells to the equivalent ones in the visual cortex. That modeling was implemented in a computational system that calculates a map of velocities, comprehending the whole visual field, from the processing of a sequence of motion images, captured by a camera, and the subsequent neural layers processing. In order to evaluate the effectiveness of the system, several experiments were accomplished, obtaining quite satisfactory results.

Os receptores glutamatérgicos metabotrópicos (mGluRs) estão envolvidos nos processos de plasticidade, neurodegeneração e neuroproteção. Avaliamos a expressão de mGluRs no sistema visual de ratos e pintos em diferentes tempos após enucleação ocular. Os animais foram avaliados pelo método de imuno-histoquímica, immunoblotting e RT-PCR, para detecção dos receptores mGluR1,2/3,5 e 7. Foi observado aumento da imunorreatividade (IR) de mGluR1, 5 e 7 no colículo superior, porém não foi observada diferença no núcleo geniculado lateral. Houve aumento na expressão protéica para mGluR1, 5 e 7 e aumento da expressão gênica para mGluR1,5 e 7; por outro lado, ocorreu uma diminuição de mGluR3. No TeO, foi observado aumento da IR para mGluR1 e 5 e diminuição para mGluR2/3. As análises de immunoblotting confirmaram o aumento observado de mGluR1 e diminuição de mGluR2/3. Os resultados indicam uma modulação diferencial na expressão gênica e protéica dos mGluRs, sugerindo a participação desses receptores em processos plásticos decorrentes de lesões no sistema visual adulto. / The metabotropic glutamate receptors (mGluRs) are involved in neuronal plasticity and neuroprotection. We analyzed the expression of mGluRs in the visual system of rats and chicks in several periods after ocular enucleation. The localization and expression of mGluR1, 5, 2/3 and 7 receptors were evaluated by standard immunoperoxidase, immunoblotting and real-time PCR protocols. The immunorreativity, protein and gene expression of mGluR1, 5 and 7 receptors in the superior colliculus showed an increase, whereas no changes were seen in the lateral geniculate nucleus. For mGluR3, gene expression was decreased. In the TeO, mGluR1 and 5 increased for all survival periods analyzed. Immunoblotting analyses confirmed the increases for mGluR1 and 5, decreases for mGluR2/3. These results indicate that the expression of mGluRs is regulated by the glutamatergic retinal input, and add data on a possible role of these receptors in neuroplasticity in adult animals.