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Tese Avaliação de tecnologia em saúde e desenvolvimento de inovação tecnológica para avaliação e monitoramento respiratório(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-11-30) Bernardes Neto, Saint Clair Gomes; Fregonezi, Guilherme Augusto de Freitas; Fregonezi, Vanessa Regiane Resqueti; http://lattes.cnpq.br/0714099533608131; http://lattes.cnpq.br/2201375154363914; http://lattes.cnpq.br/0279959015099616; Nascimento, George Carlos do; http://lattes.cnpq.br/1489371044894987; Souza, Gerson Fonseca de; http://lattes.cnpq.br/4740282646990054; Nóbrega, Antônio José Sarmento da; http://lattes.cnpq.br/5986468588038833; Parreira, Verônica Franco; http://lattes.cnpq.br/3540796454981012Introdução: A Avaliação de Tecnologia em Saúde (ATS) é definida como um conjunto de métodos de pesquisa responsável pelo processo contínuo de avaliação sistemática dos desfechos gerados pela utilização de determinada tecnologia, a fim de gerar evidências científicas para as tomadas de decisões clínicas e políticas. O tratamento de pacientes com insuficiência respiratória pode ser feito por meio do uso da ventilação mecânica (VM), sendo o processo de transição para o retorno á respiração espontânea um ponto que necessita de novas tecnologias buscando garantir melhores condições de avaliação e previsão de desfechos positivos. Os métodos de avaliação atuais permitem análise de índices momentâneos que não são capazes de identificar o comportamento de evolução de variáveis respiratórias. Objetivos: desenvolver inovação tecnológica no âmbito de avaliação e monitoramento respiratório, além do desenvolvimento de evidências a respeito do assunto com revisão sistemática. Resultados: foram desenvolvidas evidências científicas sobre avalição e monitoramento respiratório de pacientes com doença neuromuscular em desmame da VM: (1) protocolo de revisão sistemática intitulado “Weaning from mechanical ventilation in people with neuromuscular disease: protocol for a systematic review; (2) submissão de artigo científico intitulado “Weaning from mechanical ventilation in people with neuromuscular disease: systematic review”; além de (3) desenvolvimento e depósito de patente de inovação tecnológica intitulada “Dispositivo para avalição e monitoramento respiratório”. Conclusão: o dispositivo apresentado na tese, de caráter inovador, permite análise contínua e detalhada de variáveis como: pressão, fluxo e volume, podendo identificar precocemente alterações do padrão respiratório. Tal dispositivo contribuirá significativamente para aplicação clinica em ambientes hospitalares, ambulatoriais e domiciliares de pacientes em VM. A elaboração das evidências científicas esclareceu a carência de um protocolo adequado para avaliação de condições do desmame em pacientes com doença neuromuscular.Artigo Beta2 oscillations (23–30 Hz) in the mouse hippocampus during novel object recognition(Federation of European Neuroscience Societies and John Wiley & Sons, 2014-09-01) Franc a, Arthur S. C.; Nascimento, George Carlos do; Lopes-dos-Santos, Vıtor; Muratori, Larissa; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Soares, Bruno Lobão; Tort, Adriano Bretanha LopesTese “C ≠ A+B” A Gestalt de faces independe de demanda cognitiva: um estudo com bases eletrofisiológicas(2017-12-15) Matos, Felipe de Oliveira; Pereira Júnior, Antonio; ; ; Belchior, Hindiael Aeraf; ; Nascimento, George Carlos do; ; Gomes, Bruno Duarte; ; Barreto, Guilherme de Alencar;O acoplamento fase-amplitude (AFA) entre as oscilações neuronais nas bandas de frequência teta (4-8Hz) e gama (30-90Hz) compõe a base da integração sensorial, da memória e do mecanismo de seleção atencional. No presente trabalho, apresentamos evidências por meio de eletroencefalografia (EEG) de que o AFA entre teta e gama nos córtices pré-frontal (CPF) e parietal posterior (CPP), respectivamente, é um processo subjacente no fechamento perceptual em uma tarefa de reconhecimento holístico das Faces de Mooney através da formulação de uma Gestalt. O AFA teta-gama foi quantificado através do índice de modulação (MI). E o papel desempenhado pelas funções executivas nesse processo foi verificado por meio de análises de regressão logística com medidas de desempenho da inteligência geral (QI) e teste de memória operacional. Os resultados mostram um menor MI quando as faces são apresentadas na posição canônica (hemisférios esquerdo 1,4±0,3x10-3 e direito 1,4±0,4x10-3, p<0,001 em ambos) em relação às faces invertidas verticalmente (hemisférios esquerdo 2,5±0,5x10-3 e direito 2,7±0,7x10-3). Porém, o MI não se diferencia (p>0,05) quanto ao êxito ou falha na identificação das imagens. Nenhum modelo de regressão testado permitiu a predição do sucesso na identificação das faces baseando-se em medidas de desempenho cognitivo e o MI. Assim, nosso estudo traz mais evidências de que o AFA está adjacente à comunicação de longo alcance entre as áreas corticais e corrobora o descarte do papel das funções executivas no apoio à formulação visual da Gestalt no córtex parietal.Artigo Cerebrospinal fluid to brain transport of manganese in a non-human primate revealed by MRI(Elsevier, 2008-03-10) Bock, Nicholas A.; Paiva, Fernando F.; Nascimento, George Carlos do; Newman, John D.; Silva, Afonso C.Manganese overexposure in non-human primates and humans causes a neurodegenerative disorder called manganism thought to be related to an accumulation of the metal in the basal ganglia. Here, we assess changes in the concentration of manganese in regions of the brain of a non-human primate (the common marmoset, Callithrix jacchus) following four systemic injections of 30 mg/kg MnCl2 H2O in the tail vein using T1-weighted magnetic resonance imaging (MRI) and compare these to changes in the rat following the same exposure route and dose. The doses were spaced 48 h apart and we imaged the animals 48 h after the final dose. We find that marmosets have significantly larger T1-weighted image enhancements in regions of the brain compared to rats, notably in the basal ganglia and the visual cortex. To confirm this difference across species reflects actual differences in manganese concentrations and not variations in the MRI properties of manganese, we measured the longitudinal relaxivity of manganese (χ1) in the in vivo brain and found no significant species' difference. The high manganese uptake in the marmoset basal ganglia and visual cortex can be explained by CSF-brain transport from the large lateral ventricles and we confirm this route of uptake with time-course MRI during a tail-vein infusion of manganese. There is also high uptake in the substructures of the hippocampus that are adjacent to the ventricles. The large manganese accumulation in these structures on overexposure may be common to all primates, including humansArtigo D2 dopamine receptor regulation of learning, sleep and plasticity(Elsevier, 2015-01-16) França, A.S.C.; Soares, Bruno Lobão; Nascimento, George Carlos do; Jeronimo, Selma Maria Bezerra; Ribeiro, Sidarta Tollendal GomesTese Desenvolvimento de equipamento de avaliação de parâmetros articulares em indivíduos com insuficiência venosa crônica(2018-11-23) Volpe, Esther Fernandes Tinôco; Fregonezi, Guilherme Augusto de Freitas; ; ; Nóbrega, Antonio José Sarmento da; ; Lanza, Daniel Carlos Ferreira; ; Nascimento, George Carlos do; ; Ferezini, Joceline Cassia;Introdução: A avaliação do movimento humano constitui um importante parâmetro para tomada de decisão terapêutica e referência de evolução após programas de reabilitação. Muitos equipamentos vêm sendo desenvolvidos, mas poucos deles apresentam precisão de medidas satisfatórias associadas a facilidade de transporte, manuseio e monitoramento remoto. Diversas doenças crônicas se caracterizam pelo comprometimento do movimento articular. Dentre elas, a insuficiência venosa crônica (IVC) apresenta mudanças fisiopatológicas nos músculos dos membros inferiores, com ênfase nos músculos do tríceps sural e consequente diminuição no movimento da articulação talo crural. O desenvolvimento de instrumentos de avaliação do movimento humano e programas de exercícios voltados para sua recuperação podem auxiliar os profissionais de saúde e beneficiar os pacientes com insuficiência venosa crônica na diminuição das queixas funcionais e melhora na qualidade de vida. Objetivos: 1) Desenvolver e realizar pedido de patente de um dispositivo para mensuração digital, equipamento terapêutico e monitoramento remoto de parâmetros articulares da articulação talocrural e 2) Identificar e comparar as diferenças funcionais entre as classificações inicias da IVC CEAP 2 e CEAP 3 e comparar a amplitude articular de movimento (AAM) em repouso, a atividade mioelétrica e o comportamento hemodinâmico durante os testes de esforço físico de acordo com a classificação; 3) Avaliar os efeitos de um programa de exercícios supervisionados de fortalecimento dos músculos tríceps sural no desempenho físico, AAM e atividade mioelétrica dos músculos dos membros inferiores, hemodinâmica cardiovascular e qualidade de vida relacionada à saúde em indivíduos com IVC. Metodologia: O estudo foi composto por três tipos de modalidades de pesquisa integradas: 1) Desenvolvimento tecnológico e depósito de patente de um dispositivo para avaliação de parâmetros articulares; 2) Estudo observacional de caráter transversal 3) ensaio clínico aleatório controlado com avaliador cegado. Resultados: 1) criação de um dispositivo de avaliação do movimento humano aplicada à área da saúde, denominado: “Dispositivo Medidor Digital, Equipamento Terapêutico e Monitoramento Remoto de Parâmetros Articulares” com depósito da patente no INPI (BR 10 2018 016524 0); 2) Elaboração de um protocolo de exercícios de fortalecimento dos músculos do tríceps sural, direcionado à indivíduos com IVC; 3) Estudo transversal que apontou uma diferença significativa entre os grupos CEAP 2 e 3. Onde os pacientes com CEAP 3 apresentaram maior IMC (p < 0,0001) e menor AAM de flexão plantar direita e esquerda (p = 0,01 e p = 0,009 respectivamente). A análise de variância apontou uma interferência na intensidade da doença em relação a atividade mioelétrica durante o teste da ponta do pé nos quatro grupos musculares avaliados: tibial anterior direito e esquerdo (p = 0,01 e 0,0007) e gastrocnêmio medial direito e esquerdo (0,007 e 0,03). Adicionalmente, houve uma correlação entre o desempenho do teste da ponta do pé e a AAM de flexão plantar direita e esquerda (r= 0,56; p< 0,0001 e r= 0,38; p= 0,02), o IMC (r = - 0,49; p = 0,002), a atividade mioelétrica dos músculos gastrocnêmio medial direito nos momentos 25%(r = -0,42; p = 0,01), 50% (r = -0,39; p = 0,02), 75% (r= -0,41; p = 0,01) e 100% (r= -0,42; p= 0,01) e gastrocnêmio medial esquerdo nos momentos 50% (r = -0,37; p= 0,02), 75% (r= -0,52; p=0,001) e 100% (r= - 0,46; p= 0,006). 3) Ensaio clínico randomizado. Os pacientes do GI apresentaram melhora no desempenho funcional (p< 0,0001) assim como os do GC (p=0,02). Houve uma diminuição da atividade mioelétrica no músculo gastrocnêmio durante a realização do teste da ponta do pé (p = 0,01) nos momentos 25% e 50% nos pacientes do GI, bem como, diminuição da dispneia após realização do teste da ponta do pé (p= 0,04). A qualidade de vida foi impactada positivamente nos domínios: V3 (p =0,01), V5 (p =0,03), V7 (p =0,04) e V8 (p =0,04) nos pacientes do GI. Conclusão: O presente estudo proporcionou a criação de um protótipo, portátil e preciso, para avaliação angular, treinamento terapêutico e monitoramento remoto a ser utilizado em pacientes com IVC. Os resultados do estudo transversal apontaram importantes diferenças antropométricas e clínicas no desempenho de testes de exercícios em pacientes com IVC mesmo em fases iniciais da doença e o ensaio clínico aleatório demonstrou uma melhora no desempenho físico, atividade mioelétrica dos membros inferiores e qualidade de vida, nos indivíduos tratados.Dissertação Efeitos da nicotina no complexo do septo medial na via septo hipocampal em camundongos anestesiados por Ketamina(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2015-02-24) Góis, José Henrique Targino Dias; Leão, Richardson Naves; Tort, Adriano Bretanha Lopes; ; http://lattes.cnpq.br/3181888189086405; ; http://lattes.cnpq.br/0683942077872227; ; http://lattes.cnpq.br/8071490159397863; Nascimento, George Carlos do; ; http://lattes.cnpq.br/1489371044894987; Figuerola, Wilfredo Blanco; ; http://lattes.cnpq.br/9912829629195282A administração de nicotina em seres humanos e roedores é pensada como um melhorador de memória e atenção, também pelo seu efeito positivo na Doença de Alzheimer. O complexo do Septo Medial / Banda Diagonal de Broca (MS/DBB) é um dos principais sistemas colinérgicos – massivamente projetado para o hipocampo através da Fímbria-Fórnix, via esta chamada de via septo-hipocampal. Foi demonstrado que o MS/DBB afeta diretamente o potencial de campo local (LFP) e a organização rítmica do hipocampo, especialmente na geração do ritmo teta - um LFP rítmico intrinsecamente relacionado com a função mnemônica do hipocampo. Experimentos in vitro deram evidências de que a nicotina aplicada no MS/DBB pode gerar um ritmo teta na rede local do MS/DBB. Assim, o presente estudo se propõe a elucidar a função da nicotina no MS/DBB sobre a via septo-hipocampal. Experimentos in vivo, comparando o efeito de microinfusões no MS/DBB de solução salina (n = 5) ou nicotina (n = 8) em camundongos anestesiados por ketamina/xilazina mostraram um aumento na densidade de potência no espectro banda de gama (35 a 55 Hz) em ambas as estruturas (teste de Wilcoxon Rank-Sum, p = 0,038), mas sem alterar a coerência entre as estruturas na mesma banda (teste de Wilcoxon Rank-Sum, p = 0,60). Houve também uma diminuição na densidade potência na banda delta (1-3 Hz) – oscilação induzida pela ketamina. Realizamos também experimentos in vitro sobre o efeito da nicotina na voltagem de membrana e no potencial de ação de neurônios do MS/DBB. Registramos neurônios (n=22) em current-clamp antes e depois da presença de nicotina no meio extracellular; 12 neurônios responderam à nicotina, metade aumentou a taxa de potenciais de ação; outros seis diminuíram, diferindo significativamente no limiar do potencial de ação (- 47,3 ± 0,9 mV vs. -41 ± 1,9 mV, respectivamente, p = 0,007) e na largura do disparo (1,6 ± 0,08 vs. 2 ms ± 0,12 ms, respectivamente, p = 0,01). Além disso, realizamos outro conjunto de experimentos in vitro, relativo à conectividade das três grandes populações neuronais de MS / DBB que usam a acetilcolina, GABA ou glutamato como neurotransmissores. O registro pareado de patch-clamp mostrou que neurônios glutamatérgicos e GABAérgicos realizam contatos intra-septais capazes de produzir correntes sinápticas em neurônios pós-sinápticos do MS/DBB. A probabilidade da conectividade entre diferentes populações neuronais foi implementada em um modelo realista que corrobora que a rede é altamente sensível à geração de ritmo gama. Juntamente com os dados disponíveis, o conjunto completo de experiências corrobora que a nicotina pode atuar como potenciador cognitivo, e um substrato eletrofisiológico provável é através da indução de oscilação gama no circuito local do MS/DBB.Tese Electrophysiological correlates of sound processing in the limbic pathways and implications for tinnitus-related anxiety(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-02-17) Freitas, Jéssica Winne Rodrigues de; Leão, Emelie Katarina Svahn; Nascimento, George Carlos do; http://lattes.cnpq.br/1489371044894987; https://orcid.org/0000-0001-7295-1233; http://lattes.cnpq.br/1279823352935722; http://lattes.cnpq.br/9480539724032899; Soares, Bruno Lobão; https://orcid.org/0000-0003-4564-2288; http://lattes.cnpq.br/3124118595692286; Aguiar, Cleiton Lopes; Sousa, João Antônio Jesus Bacello Machado; Anomal, Renata Figueiredo; http://lattes.cnpq.br/6437989445919424Esta tese investiga os correlatos eletrofisiológicos do hipocampo e do córtex pré-frontal medial com a atividade auditiva, seja em um modelo animal de zumbido induzido por altas doses de salicilato, seja na resposta a estímulos ruidosos em camundongos durante a locomoção. Os resultados estão organizados em quatro capítulos com três artigos experimentais (capítulo 1-3, com 2 artigos publicados e um manuscrito em preparação) e um protocolo em forma de capítulo de livro (capítulo 4, pré-impressão). No primeiro artigo (Winne et al. 2019), mostramos que uma alta dose de salicilato (300mg/kg) induziu oscilações teta tipo 2 (4-6Hz) no hipocampo ventral (HV), bem como induziu comportamentos semelhante à ansiedade em camundongos. Além disso, a administração de uma alta dose de salicilato aboliu a correlação do teta tipo 1 (7-10Hz) do hipocampo dorsal (HD) com a velocidade de corrida. No segundo artigo (Winne et al. 2020), mostramos que após o pré-tratamento com salicilato, apenas camundongos jovens com os níveis de audição preservada apresentaram comportamento semelhante à ansiedade, em comparação com camundongos idosos. Nós hipotetizamos que camundongos C57BL6 idosos por terem alterações auditiva relacionada à idade e, são menos propensos a apresentarem zumbido induzido pelo salicilato e ansiedade relacionada ao zumbido. Em camundongos jovens após o tratamento com salicilato, foi observado um aumento nas oscilações teta tipo 2 e gama lenta (30-60Hz) no HV e no córtex pré-frontal medial (CPFm), durante o campo aberto e no labirinto em cruz elevado. Além do mais, também ocorreu um aumento da coerência em teta tipo 2 entre o HV e o CPFm durante as tarefas. Por fim, o pré-tratamento de camundongos com uma dose única da substância psicodélica 5-MeO-DMT preveniu o surgimento de comportamentos associados à ansiedade e a indução de teta tipo 2 e gama lenta após a injeção de salicilato. O Capítulo 3 aborda como estímulos ruidosos são processados por meio da via reticular-límbica e influenciam nas oscilações do HD e CPFm de camundongos com audição normal. Usando abordagens combinadas (silêncio/ruído, quimio e optogenética), as oscilações teta tipo 1 (7-10Hz) do HD foram moduladas pelo ruído alto e de banda larga. Especificamente, a entrada de ruído retransmitida do córtex entorrinal e do septo medial modulou as oscilações do teta tipo 1 do HD, enquanto a diminuição da atividade do córtex auditivo não afetou essa via não canônica de processamento de ruído alto. Verificamos também que a ativação desta via aumentou a coerência entre o HD e o córtex pré-frontal medial. Nossa hipótese é que as alterações da atividade dos neurônios do HD induzidas pelo ruído, pode ser uma estratégia biológica para identificar rapidamente ambientes perigosos e aumentar o estado de alerta dos animais em resposta a possíveis ameaças locais. Por fim, no Capítulo 4 (Winne et al., 2021, pré-impressão), discutimos uma técnica de imageamento de cálcio de animais em movimento livre, usando micro endoscópios miniaturizados ('miniscopes') e descrevemos em detalhes a cirurgia de implante de lente e “baseplate” para o Miniscope UCLA V3 e V4. Usamos lente de índice graduado (GRIN) para o hipocampo, e uma combinação de um prisma e lente GRIN para o córtex auditivo e motor, com adaptações de trabalhos publicados para uma melhor fixação da lente (GRIN-relay-Prism). Por fim, comentamos as diferenças entre os softwares de análise. Em conclusão, esta tese demonstra correlatos eletrofisiológicos do zumbido induzido por salicilato que fortalecem a ligação neurobiológica entre zumbido e ansiedade. Mais ainda, as vias límbicas que transmitem informações de ruído alto também mostraram modular a atividade do hipocampo e do CPFm. Esses resultados evidenciam novas assinaturas eletrofisiológicas do processamento de som no sistema límbico.Tese Evidência científica e desenvolvimento tecnológico para neuropróteses motoras(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-12-08) Mendes, Luciana de Andrade; Fregonezi, Guilherme Augusto de Freitas; Nascimento, George Carlos do; http://lattes.cnpq.br/1489371044894987; http://lattes.cnpq.br/2201375154363914; http://lattes.cnpq.br/9504859469122778; Lindquist, Ana Raquel Rodrigues; http://lattes.cnpq.br/6535678775361874; Fregonezi, Vanessa Regiane Resqueti; http://lattes.cnpq.br/0714099533608131; Nóbrega, Antônio José Sarmento da; http://lattes.cnpq.br/5986468588038833; Morya, Edgard; http://lattes.cnpq.br/8813809602087639As neuropróteses motoras (NM) para promoção de dorsiflexão do pé vêm ganhando cada vez mais espaço como dispositivos assistivos para pacientes com queda plantar oriunda de lesão do neurônio motor superior causada por acidente vascular encefálico (AVE). Particularmente por possibilitar, além do efeito ortótico, benefícios em longo prazo aos usuários como melhora do padrão de marcha mesmo quando não se está usando o dispositivo, como efeito de tratamento ou de aprendizagem. Considerando o contexto da avaliação de tecnologias em saúde (ATS) e buscando evidenciar os efeitos de NM na melhoria de atividades e participação de indivíduos com diagnóstico de AVE, apresentamos uma revisão sistemática publicada na Cochrane Database of Systematic Reviews, e baseado nos seus achados, foi proposto o desenvolvimento de um protótipo de sistema de eletrodos e vestimenta compatível com perfil de estimulação mais eficiente aplicável em dispositivos de NM. A metodologia adotada foi composta por dois itens integrados: (i) revisão sistemática com metanálise; (ii) desenvolvimento tecnológico de protótipo de sistema de eletrodos e vestimenta aplicável em NM. O trabalho foi pautado em testes de conceito que subsidiaram a estruturação de uma nova configuração de eletrodos direcionada à estimulação conjunta do nervo fibular comum e pontos motores proximais e distais do nervo fibular profundo no músculo tibial anterior, e estruturação de vestimenta baseada em métricas de eficácia e efetividade associadas à vestibilidade, sendo o resultado deste trabalho depositado como patente de invenção no INPI. A utilização de NM como dispositivo assistivo no dia a dia para facilitar a caminhada promoveu benefícios similares a outros dispositivos assistivos para desfechos associados a atividades envolvendo os membros, capacidade de exercício e participação, não apresentando potencial de aumento de risco de queda ou de eventos adversos graves relacionados ao seu uso, embora seja associada a maior taxa de desistência de uso do dispositivo quando comparada com órtese tornozelo pé. No âmbito do desenvolvimento tecnológico a configuração de eletrodos desenvolvida possibilitou promoção de dorsiflexão do pé mais eficiente, com maior produção de força, resistência à fadiga e não associada a maior desconforto, bem como a integração destes em vestimenta conferiu vestibilidade ao sistema permitindo alocação dos eletrodos nas estruturas neuromusculares alvo, passível de repetibilidade de colocação pelo usuário em usos sucessivos da eletroestimulação.Artigo Hippocampal and cortical communication around micro-arousals in slow-wave sleep(Nature Publishing Group, 2019-04-10) Lima, Gustavo Zampier dos Santos; Lobão-Soares, Bruno; Corso, Gilberto; Belchior, Hindiael Aeraf; Lopes, Sergio Roberto Lopes; Prado, Thiago de Lima; Nascimento, George Carlos do; Araújo, John Fontenele; Ivanov, Plamen Ch.Sleep plays a crucial role in the regulation of body homeostasis and rhythmicity in mammals. Recently, a specific component of the sleep structure has been proposed as part of its homeostatic mechanism, named micro-arousal. Here, we studied the unique progression of the dynamic behavior of cortical and hippocampal local field potentials (LFPs) during slow-wave sleep-related to motor-bursts (micro-arousals) in mice. Our main results comprised: (i) an abrupt drop in hippocampal LFP amplitude preceding micro-arousals which persisted until the end of motor-bursts (we defined as t interval, around 4s) and a similar, but delayed amplitude reduction in cortical (S1/M1) LFP activity occurring at micro-arousal onset; (ii) two abrupt frequency jumps in hippocampal LFP activity: from Theta (6–12 Hz) to Delta (2–4 Hz), also t seconds before the micro-arousal onset, and followed by another frequency jump from Delta to Theta range (5–7 Hz), now occurring at micro-arousal onset; (iii) a pattern of cortico-hippocampal frequency communication precedes micro-arousals: the analysis between hippocampal and cortical LFP fluctuations reveal high coherence during τ interval in a broader frequency band (2–12 Hz), while at a lower frequency band (0.5–2 Hz) the coherence reaches its maximum after the onset of micro-arousals. In conclusion, these novel findings indicate that oscillatory dynamics pattern of cortical and hippocampal LFPs preceding micro-arousals could be part of the regulatory processes in sleep architectureArtigo Investigation of the BOLD and CBV fMRI responses to somatosensory stimulation in awake marmosets (Callithrix jacchus)(Wiley, 2017-12-29) Hirano, Yoshiyuki; Yen, Cecil C.; Liu, Junjie V.; Mackel, Julie B.; Merkle, Hellmut; Nascimento, George Carlos do; Stefanovic, Bojana; Silva, Afonso C.Understanding the spatiotemporal features of the hemodynamic response function (HRF) to brain stimulation is essential for the correct application of neuroimaging methods to study brain function. Here, we investigated the spatiotemporal evolution of the blood oxygen level‐dependent (BOLD) and cerebral blood volume (CBV) HRF in conscious, awake marmosets (Callithrix jacchus ), a New World non‐human primate with a lissencephalic brain and with growing use in biomedical research. The marmosets were acclimatized to head fixation and placed in a 7‐T magnetic resonance imaging (MRI) scanner. Somatosensory stimulation (333‐μs pulses; amplitude, 2 mA; 64 Hz) was delivered bilaterally via pairs of contact electrodes. A block design paradigm was used in which the stimulus duration increased in pseudo‐random order from a single pulse up to 256 electrical pulses (4 s). For CBV measurements, 30 mg/kg of ultrasmall superparamagnetic ironoxide particles (USPIO) injected intravenously, were used. Robust BOLD and CBV HRFs were obtained in the primary somatosensory cortex (S1), secondary somatosensory cortex (S2) and caudate at all stimulus conditions. In particular, BOLD and CBV responses to a single 333‐μs‐long stimulus were reliably measured, and the CBV HRF presented shorter onset time and time to peak than the BOLD HRF. Both the size of the regions of activation and the peak amplitude of the HRFs grew quickly with increasing stimulus duration, and saturated for stimulus durations greater than 1 s. Onset times in S1 and S2 were faster than in caudate. Finally, the fine spatiotemporal features of the HRF in awake marmosets were similar to those obtained in humans, indicating that the continued refinement of awake non‐human primate models is essential to maximize the applicability of animal functional MRI studies to the investigation of human brain functionArtigo Magnetic resonance imaging quantification of regional cerebral blood flow and cerebrovascular reactivity to carbon dioxide in normotensive and hypertensive rats(2011-06-25) Leoni, Renata F.; Paiva, Fernando F.; Henning, Erica C.; Nascimento, George Carlos do; Tannús, Alberto; Araújo, Dráulio Barros de; Silva, Afonso C.Hypertension afflicts 25% of the general population and over 50% of the elderly. In the presentwork, arterial spin labeling MRI was used to non-invasively quantify regional cerebral blood flow (CBF), cerebrovascular resistance and CO2 reactivity in spontaneously hypertensive rats (SHR) and in normotensive Wistar Kyoto rats (WKY), at two different ages (3 months and 10months) and under the effects of two anesthetics, α-chloralose and 2% isoflurane (1.5 MAC). Repeated CBF measurements were highly consistent, differing by less than 10% and 18% within and across animals, respectively. Under α-chloralose, whole brain CBF at normocapnia did not differ between groups (young WKY: 61±3 ml/100 g/min; adult WKY: 62±4 ml/100 g/min; young SHR: 70± 9 ml/100 g/min; adult SHR: 69±8 ml/100 g/min), indicating normal cerebral autoregulation in SHR. At hypercapnia, CBF values increased significantly, and a linear relationship between CBF and PaCO2 levels was observed. In contrast, 2% isoflurane impaired cerebral autoregulation. Whole brain CBF in SHR was significantly higher than inWKYrats at normocapnia (young SHR: 139±25 ml/100 g/min; adult SHR: 104±23 ml/100 g/min; young WKY: 55±9ml/100 g/min; adult WKY: 71±19 ml/100 g/min). CBF values increased significantly with increasing CO2; however, there was a clear saturation of CBF at PaCO2 levels greater than 70 mm Hg in both young and adult rats, regardless of absolute CBF values, suggesting that isoflurane interferes with the vasodilatory mechanisms of CO2. This behavior was observed for both cortical and subcortical structures. Under either anesthetic, CO2 reactivity values in adult SHRwere decreased, confirming that hypertension, when combined with age, increases cerebrovascular resistance and reduces cerebrovascular compliance.Artigo Motor neuroprosthesis for promoting recovery of function after stroke(Stroke, 2020-06-05) Mendes, Luciana de Andrade; Lima, Illia Nadinne Dantas Florentino; Souza, Túlio Oliveira de; Nascimento, George Carlos do; Resqueti, Vanessa Regiane Resqueti; Fregonezi, Guilherme Augusto de FreitasMotor neuroprosthesis (MN) involves electrical stimulation of neural structures to increase the activities and participation of people with stroke in the natural environment in which people live, as an orthosisArtigo Mouse activity across time scales: fractal scenarios(2014-10-02) Soares, Bruno Lobão; Nascimento, George Carlos do; França, Arthur S. C.; Muratori, L.; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Corso, GilbertoIn this work we devise a classification of mouse activity patterns based on accelerometer data using Detrended Fluctuation Analysis. We use two characteristic mouse behavioural states as benchmarks in this study: waking in free activity and slow-wave sleep (SWS). In both situations we find roughly the same pattern: for short time intervals we observe high correlation in activity - a typical 1/f complex pattern - while for large time intervals there is anti-correlation. High correlation of short intervals ( to : waking state and to : SWS) is related to highly coordinated muscle activity. In the waking state we associate high correlation both to muscle activity and to mouse stereotyped movements (grooming, waking, etc.). On the other side, the observed anti-correlation over large time scales ( to : waking state and to : SWS) during SWS appears related to a feedback autonomic response. The transition from correlated regime at short scales to an anti-correlated regime at large scales during SWS is given by the respiratory cycle interval, while during the waking state this transition occurs at the time scale corresponding to the duration of the stereotyped mouse movements. Furthermore, we find that the waking state is characterized by longer time scales than SWS and by a softer transition from correlation to anti-correlation. Moreover, this soft transition in the waking state encompass a behavioural time scale window that gives rise to a multifractal pattern. We believe that the observed multifractality in mouse activity is formed by the integration of several stereotyped movements each one with a characteristic time correlation. Finally, we compare scaling properties of body acceleration fluctuation time series during sleep and wake periods for healthy mice. Interestingly, differences between sleep and wake in the scaling exponents are comparable to previous works regarding human heartbeat. Complementarily, the nature of these sleep-wake dynamics could lead to a better understanding of neuroautonomic regulation mechanisms.Tese Novas metodologias de avaliação e intervenção em pacientes com Esclerose lateral amiotrófica(2018-02-23) Nóbrega, Antonio José Sarmento da; Fregonezi, Vanessa Regiane Resqueti; ; ; Aliverti, Andrea; ; Dias, Fernando Augusto Lavezzo; ; Nascimento, George Carlos do; ; Fregonezi, Guilherme Augusto de Freitas;Introdução: A avaliação e detecção precoce da fraqueza muscular respiratória resultante da esclerose lateral amiotrófica (ELA) têm ganhado mais interesse no campo da pesquisa nas últimas décadas. Com a progressão da doença, a diminuição da força muscular respiratória leva à redução do volume pulmonar e consequente insuficiência ventilatória, fazendo essencial o uso de técnicas de higiene brônquica e a detecção precoce de fraqueza muscular respiratória a fim de monitorar a progressão da doença e antecipar a introdução de intervenções. Objetivos: 1) Estimar a quantidade de compressão de gás (Vcomp) durante a aplicação da técnica de air stacking em sujeitos saudáveis e verificar se as medidas simultâneas de variação de volume da caixa torácica (ΔVCW) e as variações de volume pulmonar (ΔVao), combinado à variação de pressão das vias aéreas (ΔPao) durante a aplicação do air stacking, são capazes de fornecer dados confiáveis acerca dos volumes pulmonares absolutos; 2) Avaliar a assincronia toracoabdominal e a presença de movimento paradoxal em pacientes com ELA e suas relações com o VCW, padrão respiratório e pico de fluxo de tosse; 3) Analisar as taxas de relaxamento e as propriedades de contração dos músculos inspiratórios em pacientes com ELA e comparar com saudáveis pareados. Além disso, os pacientes com ELA foram divididos em três subgrupos a fim de determinar o melhor parâmetro relacionado a fraqueza muscular inspiratória. Materiais e Métodos: 1) Vinte sujeitos saudáveis foram estudados durante um protocolo que incluiu manobras de capacidade vital lenta e aplicação da técnica de air stacking. Vcomp foi calculado através da diferença entre a ΔVao (mensurado através do pneumotacógrafo) e ΔVCW (através da pletismografia optoeletrônica) durante air stacking e a capacidade pulmonar total foi estimada pela aplicação de Lei de Boyle-Mariote; 2) O ângulo de fase (θ) entre a caixa torácica pulmonar (CTp), caixa torácica abdominal (CTa) e o abdome (AB), bem como a porcentagem de tempo inspiratório (IP) em que a CTa e AB se movem em direções opostas, foram quantificados em 12 pacientes com ELA durante respiração espontânea e tosse, usando dados de 12 sujeitos saudáveis pareados como controle; 3) As taxas de relaxamento e as propriedades de contração dos músculos inspiratórios foram extraídas a partir da curva de pressão inspiratória nasal (SNIP), realizada de forma não invasiva em 39 pacientes com ELA e comparada com 39 sujeitos saudáveis pareados. Resultados: 1) Durante air stacking, 0,140±0,050 L de gás foi comprimido com uma ΔPao média de 21,78±6,18 cmH2O. Não foram encontradas diferenças significativas entre a capacidade pulmonar total estimada (−0,03±3,0% de diferença, p=0,6020), capacidade residual funcional estimada (−2,0±12,4% de diferença, p=0,5172), capacidade inspiratória mensurada (1,2±11,2% de diferença, p=0.7627) e valores preditos; 2) Durante a respiração espontânea, um maior θ da CTa e AB (p<0,05), IPRCa (p=0,001) e IPAB (p=0,02) foram encontrados nos pacientes com ELA assim como correlações entre o θ da CTp e AB com capacidade vital forçada (r= –0.773, p<0.01) e capacidade vital (r= –0.663, p<0.05), e entre o θ da CTa e CTp e o pico de fluxo de tosse (r= −0,601, p<0,05). Durante a tosse, correlações entre o θ do AB e CTp e pico de fluxo de tosse (r= −0,590, p<0,05), pico de fluxo expiratório (r= −0,727, p<0,01) e VCW (r= −0,608, p<0,05); assim como entre o θ do CTa e AB e o pico de fluxo de tosse (r= −0,590, p=0,01) e pico de fluxo expiratório (r= −0,713, p=0,01) foram observados. Além disso, uma menor capacidade vital forçada (p<0.05) e maior velocidade de encurtamento tos músculos inspiratórios (p<0.05) foram encontrados no pacientes com movimento paradoxal da caixa torácica; 3) Quando comparado com sujeitos saudáveis, pacientes com ELA exibiram uma menor (p<0,0001) taxa máxima de relaxamento (MRR) e taxa máxima de desenvolvimento de pressão (MRPD), assim como um maior (p<0,0001) tempo de contração, tau (τ) e metade da curva de relaxamento (½RT). Os resultados da curva ROC mostraram que a ½RT (AUC 0,720, p=0,01), capacidade vital forçada (AUC 0,700, p=0,03), τ (AUC 0,824, p<0,0001) e MRPD (AUC 0,721, p=0,01) foram os parâmetros mais sensitivos em detectar uma queda de 3 pontos no subescore respiratório do questionário de capacidade funcional da ELA. Adicionalmente, a MRPD (AUC 0,781, p<0,001), τ (AUC 0,794, p=0,0001) e o pico de pressão gerado durante o teste de SNIP (AUC 0,769, p=0,002) foram os parâmetros capazes de detectar uma queda de 30% da capacidade vital forçada nos pacientes estudados. Conclusões: Durante a aplicação da técnica de air stacking ocorre uma significante compressão de gás e os volumes pulmonares absolutos podem ser estimados através das mensurações simultâneas de ΔVCW, ΔVao e ΔPao. Além disso, a identificação da alteração de parâmetros, como assincronia toracoabdominal e presença de movimento paradoxal entre os compartimentos da parede torácica, τ, MRPD, e ½RT, representam um sinal precoce de fraqueza muscular inspiratória em sujeitos com ELA.Artigo Object recognition impairment and rescue by a dopamine D2 antagonist in hyperdopaminergic mice(2016) França, Arthur S.C.; Muratori, Larissa; Nascimento, George Carlos do; Pereira, Catia Mendes; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Soares, Bruno LobãoGenetically-modified mice without the dopamine transporter (DAT) are hyperdopaminergic, and serve as models for studies of addiction, mania and hyperactive disorders. Here we investigated the capacity for object recognition in mildly hyperdopaminergic mice heterozygous for DAT (DAT +/-), with synaptic dopaminergic levels situated between those shown by DAT -/- homozygous and wild-type (WT) mice. We used a classical dopamine D2 antagonist, haloperidol, to modulate the levels of dopaminergic transmission in a dose-dependent manner, before or after exploring novel objects. In comparison with WT mice, DAT +/- mice showed a deficit in object recognition upon subsequent testing 24h later. This deficit was compensated by a single 0.05mg/kg haloperidol injection 30min before training. In all mice, a 0.3mg/kg haloperidol injected immediately after training impaired object recognition. The results indicate that a mild enhancement of dopaminergic levels can be detrimental to object recognition, and that this deficit can be rescued by a low dose of a D2 dopamine receptor antagonist. This suggests that novel object recognition is optimal at intermediate levels of D2 receptor activity.Artigo Optimizing the detection of nonstationary signals by using recurrence analysis(American Institute of Physics, 2018-08-24) Prado, Thiago de Lima; Lima, Gustavo Zampier dos Santos; Lobão-Soares, Bruno; Nascimento, George Carlos do; Corso, Gilberto; Araújo, John Fontenele; Kurths, Jürgen; Lopes, Sérgio RobertoRecurrence analysis and its quantifiers are strongly dependent on the evaluation of the vicinity threshold parameter, i.e., the threshold to regard two points close enough in phase space to be considered as just one. We develop a new way to optimize the evaluation of the vicinity threshold in order to assure a higher level of sensitivity to recurrence quantifiers to allow the detection of even small changes in the dynamics. It is used to promote recurrence analysis as a tool to detect nonstationary behavior of time signals or space profiles. We show that the ability to detect small changes provides information about the present status of the physical process responsible to generate the signal and offers mechanisms to predict future states. Here, a higher sensitive recurrence analysis is proposed as a precursor, a tool to predict near future states of a particular system, based on just (experimentally) obtained signals of some available variables of the system. Comparisons with traditional methods of recurrence analysis show that the optimization method developed here is more sensitive to small variations occurring in a signal. The method is applied to numerically generated time series as well as experimental data from physiologyArtigo Portable devices to induce lucid dreams — are they reliable?(2019-05) Mota-Rolim, Sérgio A.; Pavlou, Achilleas; Nascimento, George Carlos do; Fontenele-Araujo, John; Ribeiro, Sidarta Tollendal GomesOne of the main current challenges in lucid dreaming (LD) research is to develop a simple and reliable way to induce it (Stumbrys et al., 2012). This is because, for most people, LD is very pleasurable but also very rare (LaBerge and Rheingold, 1990; Mota-Rolim et al., 2013). Along with its recreational nature, LD also has potential clinical applications, such as the treatment of recurrent nightmares in post-traumatic stress disorder (Aurora et al., 2010; Mota-Rolim and Araujo, 2013; Morgenthaler et al., 2018). This has attracted the attention of high-tech companies, which have been launching portable LD induction devices commercially available to the general public. This equipment captures electroencephalographic (EEG) activity for the online detection of rapid eye movement (REM) sleep, the sleep stage associated with typical dreaming (Aserinsky and Kleitman, 1953; Dement and Kleitman, 1957; for review, see Hobson et al., 2000). To induce lucidity, most devices provide visual, auditory, and/or tactile stimuli as sensory cues, which can become incubated into the dream content to alert dreamers that they are dreaming but without waking them up (LaBerge et al., 1981a; LaBerge and Levitan, 1995). Other devices provide transcranial alternating current stimulation (tACS) of the frontal cortex (Voss et al., 2014). Here we review 10 such devices: DreamLight, NovaDreamer, Aurora, Remee, REM-Dreamer, ZMax, Neuroon, iBand, LucidCatcher, and Aladdin.Artigo Predictability of arousal in mouse slow wave sleep by accelerometer data(Imperial College London, UNITED KINGDOM, 2017-05-18) Soares, Bruno Lobão; Lima, Gustavo Zampier dos Santos; Lopes, Sergio Roberto; Prado, Thiago Lima; Nascimento, George Carlos do; Fontenele-Araujo, John; Corso, GilbertoArousals can be roughly characterized by punctual intrusions of wakefulness into sleep. In a standard perspective, using human electroencephalography (EEG) data, arousals are associated to slow-wave rhythms and K-complex brain activity. The physiological mechanisms that give rise to arousals during sleep are not yet fully understood. Moreover, subtle body movement patterns, which may characterize arousals both in human and in animals, are usually not detectable by eye perception and are not in general present in sleep studies. In this paper, we focus attention on accelerometer records (AR) to characterize and predict arousal during slow wave sleep (SWS) stage of mice. Furthermore, we recorded the local field potentials (LFP) from the CA1 region in the hippocampus and paired with accelerometer data. The hippocampus signal was also used here to identify the SWS stage. We analyzed the AR dynamics of consecutive arousals using recurrence technique and the determinism (DET) quantifier. Recurrence is a fundamental property of dynamical systems, which can be exploited to characterize time series properties. The DET index evaluates how similar are the evolution of close trajectories: in this sense, it computes how accurate are predictions based on past trajectories. For all analyzed mice in this work, we observed, for the first time, the occurrence of a universal dynamic pattern a few seconds that precedes the arousals during SWS sleep stage based only on the AR signal. The predictability success of an arousal using DET from AR is nearly 90%, while similar analysis using LFP of hippocampus brain region reveal 88% of success. Noteworthy, our findings suggest an unique dynamical behavior pattern preceding an arousal of AR data during sleep. Thus, the employment of this technique applied to AR data may provide useful information about the dynamics of neuronal activities that control sleep-waking switch during SWS sleep period. We argue that the predictability of arousals observed through DET(AR) can be functionally explained by a respiratory-driven modification of neural states. Finally, we believe that the method associating AR data with other physiologic events such as neural rhythms can become an accurate, convenient and non-invasive way of studying the physiology and physiopathology of movement and respiratory processes during sleep.Dissertação Salicylate generates anxiety-like behavior and type 2 theta oscillation in the ventral hippocampus of mice(2016-09-20) Benz, Rafael Franzon; Leão, Richardson Naves; ; http://lattes.cnpq.br/0683942077872227; ; http://lattes.cnpq.br/1896051503275170; Nascimento, George Carlos do; ; http://lattes.cnpq.br/1489371044894987; Leão, Ricardo Maurício Xavier; ; http://lattes.cnpq.br/8125613125649746Salicilato, o principal composto de diversos medicamentos, como a Aspirina, é conhecido por causar zumbido se consumido em altas doses ou de forma crônica (para o tratamento de osteoporose, por exemplo). Zumbido é o ouvir ou a percepção de um som quando nenhum estímulo físico está presente. O zumbido não é uma doença em si, mas um sintoma presente em diversas doenças, e está associado à ansiedade e outros distúrbios de humor. Apesar de estar diretamente ligado ao sistema auditivo, o zumbido não é gerado a partir de uma região específica do cérebro. Além disso, alguns estudos mostraram que o salicilato afeta várias regiões cerebrais além do sistema auditivo, como o estriado, amigdala e o hipocampo. Estudos iniciais atribuíram uma função unitária ao hipocampo: processamento de memorias declarativas. Entretanto, estudos mais recentes mostraram que o hipocampo não só possui outras funções, como processamento emocional, mas também pode ser dividido em ventral e dorsal, e a parte ventral desempenha um papel essencial no processamento emocional. A oscilação mais estudada do cérebro é o rítmo teta, e ela pode ser encontrada em todo o hipocampo. Dois tipos de teta podem ser distinguidos: o teta tipo 1, que é resistente a atropina, possui uma frequência mais alta (7 a 10 Hz) e está relacionado com comportamentos de padrão motor; e o teta tipo 2, que é sensível a atropina, possui uma frequência mais baixa (4 to 7 Hz) e ocorre durante anestesia, estado de imobilidade vigilante e situações de alta ansiedade. O presente estudo investigou os efeitos eletrofisiológicos do salicilato no hipocampo ventral de camundongos em estado de comportamento. Através da injeção de salicilato foi gerado teta tipo 2 no hipocampo ventral. Também foi encontrado que o salicilato leva a comportamentos de ansiedade.