ICe - Trabalhos apresentados em eventos

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Repositório da produção científica do Instituto do Cérebro - ICe, da UFRN, Unidade Acadêmica Especializada em neurociências.

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Aspectos comportamentais da modulação do sistema dopaminérgico na memória de reconhecimento em objetos em camundongos
(2010-09) França, Arthur Sérgio Cavalcanti de; Soares, Bruno Lobão; Muratori, Larissa; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Nicolelis, Miguel Angelo Laporta
Vias importantes do neurotransmissor dopamina estão relacionadas ao sono e à consolidação de memórias. No presente trabalho, estudou-se aspectos comportamentais da consolidação da memória em camundongos heterozigotos (Hz, n=14) para o gene que codifica a proteína transportadora de dopamina (DAT), que apresentam níveis basais de dopamina ligeiramente aumentados e camundongos selvagens (n=72) sob o efeito do antagonista de dopamina D2 haloperidol (HALO). De acordo com estudos preliminares do grupo, Halo (0.3 mg/kg i.p), reduz drasticamente a quantidade de sono REM nas primeiras quatro horas após a aplicação. Nossas hipóteses aqui é a de que esta inibição de sono REM esteja relacionada com o impedimento da consolidação de memórias, de forma semelhante em animais jovens e idosos, e que também o aumento basal de DA em Hz seria capaz de reduzir sua capacidade mnemônica, independentemente do uso de HALO. Para isso, consideramos os seguintes grupos: animais jovens (2-6 meses), idosos (com idade de 7 a 14 meses) e Hz (adultos jovens). Cada grupo recebeu HALO (0,3 mg/kg) ou veículo, logo após a exposição ao teste de preferência por objetos novos (TPON), realizado no período matutino e noturno.O teste se baseia na característica natural dos roedores de exploração de ambientes novos, portanto ao apresentar objetos novos os animais tendem a explorar significativamente mais os objetos novos em relação aos previamente expostos. Houve aumento da preferência por novos objetos na comparação (teste t) no grupo selvagem jovem (veículo, 2,503 ± 0,1969 x tratado 1,512 ± 0,1141; p = 0,0007) , bem como no grupo selvagem idoso (veículo 2,909 ± 0,5655 x tratado 1,345 ± 0,1558; p = 0,0184) em testes realizados durante o período diurno. Houve também diferença na comparação entre os grupos veículo de Hz e jovens selvagens (1,077 ± 0,1046 x 2,503 ± 0,1969 respectivamente, p < 0,0001) e os grupos tratado de Hz e Jovens selvagens (0,9671 ± 0,1251 x 1,512 ± 0,1141 respectivamente, p = 0,0067). Esses dados indicam que a tanto a inibição de atividade de dopamina via receptor D2, como também níveis basais aumentados desse neurotransmissor, são capazes de provocar déficits na consolidação de memória em camundongos jovens de uma forma similar, e que animais idosos têm, a despeito da idade, o mesmo grau de comprometimento causado pela injeção da droga que os animais jovens. Acreditamos também que haja uma estreita relação na regulação dopaminérgica relacionada à manutenção do sono REM e consolidação de memórias.
Aspectos comportamentais da modulação do sistema dopaminérgico na memória de reconhecimento em objetos em camundongos
(2010-09) França, Arthur Sérgio Cavalcanti de; Soares, Bruno Lobão; Muratori, Larissa; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Nicolelis, Miguel Angelo Laporta
Vias importantes do neurotransmissor dopamina estão relacionadas ao sono e à consolidação de memórias. No presente trabalho, estudou-se aspectos comportamentais da consolidação da memória em camundongos eterozigotos (Hz, n=14) para o gene que codifica a proteína transportadora de dopamina (DAT), que apresentam níveis basais de dopamina ligeiramente aumentados e camundongos selvagens (n=72) sob o efeito do antagonista de dopamina D2 haloperidol (HALO). De acordo com estudos preliminares do grupo, Halo (0.3 mg/kg i.p), reduz drasticamente a quantidade de sono REM nas primeiras quatro horas após a aplicação. Nossas hipóteses aqui é a de que esta inibição de sono REM esteja relacionada com o impedimento da consolidação de memórias, de forma semelhante em animais jovens e idosos, e que também o aumento basal de DA em Hz seria capaz de reduzir sua capacidade mnemônica, independentemente do uso de HALO. Para isso, consideramos os seguintes grupos: animais jovens (2-6 meses), idosos (com idade de 7 a 14 meses) e Hz (adultos jovens). Cada grupo recebeu HALO (0,3 mg/kg) ou veículo, logo após a exposição ao teste de preferência por objetos novos (TPON), realizado no período matutino e noturno.O teste se baseia na característica natural dos roedores de exploração de ambientes novos, portanto ao apresentar objetos novos os animais tendem a explorar significativamente mais os objetos novos em relação aos previamente expostos. Houve aumento da preferência por novos objetos na comparação (teste t) no grupo selvagem jovem (veículo, 2,503 ± 0,1969 x tratado 1,512 ± 0,1141; p = 0,0007) , bem como no grupo selvagem idoso (veículo 2,909 ± 0,5655 x tratado 1,345 ± 0,1558; p = 0,0184) em testes realizados durante o período diurno. Houve também diferença na comparação entre os grupos veículo de Hz e jovens selvagens (1,077 ± 0,1046 x 2,503 ± 0,1969 respectivamente, p < 0,0001) e os grupos tratado de Hz e Jovens selvagens (0,9671 ± 0,1251 x 1,512 ± 0,1141 respectivamente, p = 0,0067). Esses dados indicam que a tanto a inibição de atividade de dopamina via receptor D2, como também níveis basais aumentados desse neurotransmissor, são capazes de provocar déficits na consolidação de memória em camundongos jovens de uma forma similar, e que animais idosos têm, a despeito da idade, o mesmo grau de comprometimento causado pela injeção da droga que os animais jovens. Acreditamos também que haja uma estreita relação na regulação dopaminérgica relacionada à manutenção do sono REM e consolidação de memórias.
Avaliação do sono e memória em pacientes com doença de parkinson na cidade de Jequié – BA
(2010-09) Santos, Altair Brito dos; Barreto, George; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Campos, Shirley Lima
Esse estudo teve como objetivo geral avaliar o sono, a memória e as funções executivas na doença de Parkinson. Métodos: Este foi um estudo descritivo de corte transversal e abordagem quantitativa, realizado de janeiro a maio de 2010 no município de Jequié-BA. A amostra foi composta de indivíduos com diagnóstico de Doença de Parkinson cadastrados na Diretoria Regional de Saúde (DIRES) de Jequié. As entrevistas e testes foram realizados em uma ou mais seções com duração de 60 a 90 min. Foi aplicado um questionário com questões demográficas e realizada a anamnese. A sonolência foi avaliada utilizando a Escala de Sonolência de Epworth, e a qualidade subjetiva do sono e distúrbios associados foram avaliados por meio do Índice de Qualidade do Sono de Pittsburgh – PSQI. Os pacientes foram classificados por meio da Escala de Estágios de Incapacidade de Hoehn e Yahr - HY. A avaliação motora foi feita mediante a Escala Unificada de Avaliação da Doença de Parkinson – UDPRS. Os sujeitos também foram avaliados quanto às alterações psicológicas: episódios depressivos ou de ansiedade foram avaliados pelo Inventário de Depressão de Beck (BDI) e pelo Inventário de Ansiedade de Beck (BAI). O Mini-Exame do Estado Mental (MMSE) foi utilizado para critério de exclusão dos casos sugestivos de demência. Para avaliação da memória e funções executivas foi utilizado o Scopa-Cog. A análise estatística dos dados foi realizada com o pacote estatístico para as ciências sociais SPSS for Windows versão 18.0. Resultados: Analisando as características clínicas e demográficas dos 24 pacientes estudados, verifica-se que 70,8% dos indivíduos foram do sexo masculino, com média de idade de 66,8 (dp ± 9,62) Verificamos que 91,7% dos pacientes possuem vida conjugal, e todos utilizam pelo menos um medicamento antiparkinsoniano. Verificamos ainda que 41,7% dos pacientes encontravam-se classificados no estágio III da escala de Hoehn e Yahr, 91,7% dos pacientes relataram sentir alguma dor músculo-esquelética, e 50% praticam alguma atividade física regular. O Mini-Exame de Estado Mental apresentou média de 21,9 (dp ±2,56), não havendo casos sugestivos de demência. A UPDRS média foi de 40,17 (dp= ±17,22). Foram encontradas depressão mínima e moderada, ambas com frequência de 29%, enquanto a depressão leve e a depressão grave apresentaram ambas a freqüência de 20,8%. Verificamos maior frequência de ansiedade leve (29,2%), seguida de ansiedade mínima ou grave, ambas com 25%. Quanto à qualidade subjetiva do sono, 71% apresentaram uma qualidade ruim de sono; dentre estes, 20,8% apresentaram distúrbios associados do sono, e 41,7% apresentaram sonolência diurna excessiva. Observamos uma média com valor relativamente alto do ISQP de 7,08 (dp= ± 3,84). Em uma análise mais detalhada do ISQP, os componentes mais prejudicados foram a qualidade percebida do sono, a disfunção diurna, a latência do sono e as alterações do sono. Na avaliação da cognição, a média geral apresentou um valor relativamente baixo (16,95 dp= ± 4,92). Os domínios mais prejudicados foram a memória (média 7,25 dp= ± 2,41) e funções executivas (média 5,20, dp=±2,04). Conclusões: A partir desses resultados, consideramos que os pacientes avaliados apresentaram alterações psicológicas comuns na Doença de Parkinson, como depressão e ansiedade. Apresentaram também qualidade ruim do sono, distúrbios associados do sono e alterações cognitivas como déficits de memória e funções executivas.
Caracterização da atividade de assembleias hipocampais
(2014-09) Tort, Adriano Bretanha Lopes; Santos, Vítor Lopes dos
Introdução Embora seja uma das ideias mais influentes em Neurociências, a teoria das assembleias neuronais, consagrada por Hebb(1949), não pôde ser testada por décadas devido a limitações técnicas. O desenvolvimento tecnológico recente possibilitou que populações neuronais sejam registradas simultaneamente, porém revelou a carência de ferramentas para analisar dados de alta dimensionalidade típicos de tais registros. Aqui, apresentamos um método para extrair assembleias imersas em registros de grandes populações, possibilitando a análise de grupos de células como um todo, substituindo a análise de células individuais. Objetivos 1) Desenvolver um método para detectar e extrair padrões de co-ativação de registros de população neuronais, 2) aplicar o método para entender os mecanismos para a organização de atividade de assembleias no hipocampo. Métodos Nosso algoritmo detecta correlações de alta ordem nas atividades de subgrupos de células e usa Análise de Componentes Independentes (do inglês, ICA) para extrair suas assinaturas. Essas assinaturas representam padrões de co-ativação que podem ser usados para estimar a atividade dessas assembleias com alta resolução temporal. Todos os passos do método foram validados em atividades de neurônios simulados. Em seguida, aplicamos o método para analisar a atividade de células piramidais da região CA1 do hipocampo de ratos enquanto eles forrageavam em campo aberto. Resultados e Conclusões Nosso resultados demonstram que assembleias formadas por células piramidais de CA1 estão mais acopladas às oscilações teta hipocampais do que os neurônios que as compuseram analisados individualmente (teste t, p<0,01). Esse resultado favorece a teoria de que as oscilações teta podem estar relacionadas com a organização de células anatomicamente dispersas. Além disso, também encontramos que as assembleias neuronais disparam após aumentos transientes na energia de oscilações: gama-lento (30-50 Hz) e gama-rápido (70-100 Hz), com defasagem de aproximadamente 10-ms e 20-ms, respectivamente. Teorizamos que essas oscilações gama são epifenômenos de mecanismos usados pelo hipocampo para sincronizar subgrupos de células.
Codificação de localização e identidade de objetos em populações neuronais do hipocampo e do córtex cingulado anterior
(2010-09) Belchior, Hindiael; Barbosa, Flávio Freitas; Lemos, Nelson; Silva, Regina; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
Diversos estudos sugerem o envolvimento do hipocampo e do córtex cingulado anterior na aquisição de memórias episódicas. No entanto, pouco se sabe sobre o modo como estruturas codificam informações complexas acerca do contexto de um ambiente. O objetivo deste trabalho é avaliar como neurônios dessas estruturas respondem durante a exploração de dois conjuntos de objetos em uma arena familiar. Duas matrizes de microeletrodos foram cirurgicamente implantadas para registros crônicos da atividade de neurônios isolados e do potencial de campo local na sub-região CA1 do hipocampo dorsal direito e bilateralmente no córtex cingulado anterior de um rato Wistar macho (~300g). Após 10 dias de recuperação, o animal foi submetido a duas sessões de 10 minutos de exploração de um campo aberto circular intervaladas por 90 minutos numa caixa de dormir à qual o animal estava previamente habituado. No dia seguinte, quatro cópias do objeto A foram introduzidas no campo para a exploração da primeira sessão. Após 90 minutos na caixa de dormir, o animal foi re-exposto ao campo com quatro cópias do objeto B, das quais duas foram colocadas nos mesmos locais dos objetos A na primeira sessão de exploração. O comportamento foi continuamente monitorado por um sistema de vídeo que sincroniza a posição do animal ao registro de dados neurais. A atividade de 37 neurônios foi registrada em cada sessão experimental, dos quais 14 foram hipocampais e 23 corticais. Observamos um neurônio hipocampal que aumenta a taxa de disparos apenas para o objeto A em uma posição específica, o qual denominamos ‘neurônio item-posição’ (teste t; p<0,05). Este mesmo neurônio não responde a objetos A posicionados em diferentes locais, nem a um objeto B na posição onde estava A. Além disso, verificamos que o neurônio item-posição é fortemente modulado por oscilações teta hipocampais (6-10 Hz; teste de Rayleigh, p<0,01). Como esperado, os neurônios corticais não codificaram as diferentes localizações dos objetos. Por outro lado, ao compararmos diferentes itens (AxB) localizados em uma mesma posição entre as sessões, observamos que três neurônios hipocampais e dois neurônios corticais apresentaram diferenças de taxa de disparo de acordo com a identidade do objeto. Contudo, verificamos que os neurônios que codificam apenas a identidade do objeto não sofreram modulação por oscilações teta. Nossos resultados preliminares sugerem que o hipocampo e o córtex cingulado anterior estão envolvidos na formação de memórias episódicas e na identificação de objetos. Regidos por oscilações teta, neurônios hipocampais codificam identidade e posição do objeto. Além disso, tanto neurônios hipocampais como corticais codificam a identidade dos objetos. Assim, mesmo durante breves exposições a diferentes conjuntos de objetos, neurônios do hipocampo dorsal e cingulado anterior codificam respectivamente o local e a identidade de objetos em um campo aberto.
Compression in the sleep state from free scale analysis in free behaving mice
(2014-09) Nascimento, George; Corso, Gilberto; Zampier, Gustavo; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Lobão, Bruno
Introdução Based on the data recorded from an inertial sensor and electrophysiology from animal brain, we studied the freescale motion dynamics for the wake and nonREM states in mice. In this context, correlated, nocorrelated or anticorrelated signals are characterized by distinct fractal dimensions. We found that these states has almost identical Long Range Temporal Correlation (LRTC) profiles, but the nonREM states builds up with a compressed timing scale. As this study reflects the way that the muscle system behaves, the balance between being active and sleeping is not characterized only by minimizing the muscle activity during nonREM sleep, but also for changing the correlations time scale, to a faster side. Objetivos Whatever the brain does, its output is routed to the motor system trough the spinal cord, and it's function may result in some sort of movement. During sleep, the thalamus progressively blocks almost all motor commands, keeping activities in the autonomic system operational but shutting down the periferic system in what it is responsible for motion. In this state the body seems to be most of the time inactive, coordination and cooperation for the remaining vestigial movements may look to have little sense. Based on free scale statistics analysis, we investigate weather the motion with all the complexity it may have, keeps any relationship between awake and nonREM states. Métodos The dynamics for the animal movement was studied by the use of a complex statistics known as long range temporal correlation (LRTC). In these series of experiment there were used adult males C57BL6 mice (25months), and the experimental protocol was approved by the committee on the Ethics of Animal Experiments IINN International Institute of Neuroscience of Natal Edmond and Lily Safra (permit number: 08/2010). For local field potential recordings (LFP) and latter an hypnogram classification, there was implanted 16 chronic electrodes, in the hippocampus (5 electrodes), motor and somatosensory cortex (4 electrodes each). A three axis accelerometer was associated to the electronics in the headstage, and made possible activity recordings simultaneous with the LFP. The LFP and the accelerometer signal at a sample rate of 1000Hz was amplified and recorded in a 64 channel Plexon system for neural recording analysis. Spectral analysis of sleepwake cycle were used to identify and quantify occurrence of the states wake, paradoxal sleep REM, slow wavesleep (NonREM sleep). To estimate the multifractal properties of our experimental data we have calculated the multifractal spectra based on the Multifractal Fluctuation Analysis MFDFA method.The Detrended Fluctuation Analysis DFA is an improvement of the rescaled range method used to compute the Hurst Expoent. Resultados e Conclusões The signal fluctuation structure from the categorized activity data can be observed both by the power fourier and DFA analysis. Results are decipted in time in a log scale and the intervals revels a multifractal pattern related to memory persistence correlations given by the Hurst coefficient. Comparing the awake and NonREM states, we found a very similar profile as the curves shows in sequence very close values for the Hurst coefficient, differing mainly for the strength between these states. The awake and NonREM states has the same dynamics sequence in correlation memory persistence and also the multifractal pattern, but the NonREM state is compressed both in time and intensity by an amount around 20dB.
Desenvolvimento de um Estimulador Galvânico Vestibular Compatível com Exames de RMf
(2010-09) Justina, Hellen Mathei Della; Winkler, Anderson; Manczak, Tiago; Oliveira, Paulo Henrique de; Araújo, Dráulio Barros de; Ferreira, Ricardo R.; Zwick, Albrecht; Gamba, Humberto Remigio
Introdução: A ressonância magnética funcional (RMf) é uma das técnicas mais utilizadas em neuroimagem nos dias de hoje. O estudo das áreas de ativação cerebral por meio da RMf é, na atualidade, essencialmente um trabalho de pesquisa. Assim, vários estudos precisam ser realizados até que se consiga chegar a um procedimento clínico que auxilie o diagnóstico médico. Um desses estudos está relacionado ao desenvolvimento de neuroestimuladores que possam ser seguramente utilizados dentro do equipamento de ressonância magnética (RM). Entretanto, o equipamento de RM é muito hostil para circuitos eletrônicos. O forte campo magnético, o chaveamento dos gradientes magnéticos e os pulsos de radiofrequência (RF) são fontes de interferência que podem afetar a sua funcionalidade elétrica, tornando-a perigosa para o indivíduo que está conectado a ela. Consequentemente, algumas técnicas específicas são necessárias para garantir o bom funcionamento dos equipamentos elétricos e, também, a completa segurança do indivíduo. Nesse trabalho um estimulador galvânico vestibular (EGV) compatível com o equipamento de RM é descrito em detalhes. O EGV nos permite estudar uma das funções mais importantes do corpo humano, a manutenção do equilíbrio estático. Materiais e Métodos: Uma corrente alternada, ajustável até 5 mA (RMS), é gerada por uma fonte de corrente alimentada por duas baterias de 12 V. Esse circuito foi alojado em uma caixa construída em alumínio anodizado de 1,2 mm de espessura para reduzir as interferências eletromagnéticas. A forma do sinal é completamente controlado por um gerador de sinais alocado na sala de controle. Foram utilizadas fibras ópticas para conectar o gerador de sinais e a fonte de corrente, posicionada na sala de ressonância. A corrente AC foi aplicada ao voluntário por um par de fios trançados e dois eletrodos de silicone, 9 cm2, aderidos em cada processo mastóide do voluntário. A corrente é desligada automaticamente se, por alguma razão, ela ultrapassar 8 mA ou manualmente pelo voluntário, utilizando um botão liga/desliga. Três testes foram realizados: o primeiro analisou o sincronismo entre o EGV e o sistema de RMf; o segundo definiu o tipo de eletrodo que não interferiu nas imagens; e, finalmente, 8 experimentos de RMf foram realizados em voluntários assimptomáticos (6 homens e 2 mulheres com idade entre 24 e 33 anos). Os exames de RMf iniciaram com uma tarefa de reposo de 20 s, alternando com uma corrente, média de 1,7 mA, senoidal com 1 Hz de frequência durante 30 s. Resultados: Conseguiu-se realizar o sincronismo apenas ajustando os parâmetros no EGV e disparando a sequência de RMf simultaneamente. O eletrodo de silicone não apresentou artefato na imagem. O voluntário não relatou sensação de aquecimento, apenas apresentou um pouco de vermelhidão no local de aderência dos eletrodos. A análise individual dos voluntários mostrou atividade nos giros pré- e pós-central, nos giros frontal médio e inferior, no lobo parietal inferior, no giro fusiforme, no pré-cuneus, nos giros temporal médio e superior e na ínsula. Conclusões: Foi desenvolvimento um EGV compatível com exames de RMf. Foi demostrado que os eletrodos de silicone são os ideias para este tipo de experimento. Os resultados obtidos com o EGV desenvolvido mostraram focos de ativação ao longo das principais áreas envolvidas com as funções multimodais do sistema vestibular, confirmado a sua validade como um estimulador neurovestibular.
Effects of chronic caffeine on episodic-like mrmory tasks in rats
(2011-08) Macêdo, P.T.; Barbosa, F.F.; Santos, J.R.; Medeiros, A.M.; Ribeiro, A.M.; Costa, Marcos Romualdo; Silva, R.H
Objectives: Caffeine is a mild stimulant of the central nervous system and improves memory, particularly at low doses. Caffeine can improve cognitive function through antagonism of adenosine receptors, which induces the release of acetylcholine, or even the induction of synaptic changes, due to prolonged use (Nature 31-39; 361, 1993; Ann. Rev. Neurosci. 149; 21, 1998). Recently, caffeine administration has also been associated with changes in the rate of neurogenesis in adult rodents hippocampi (Neurophamacol. 1-7; 30, 2009), what could affect memory and learning (Science 325, 210-213, 2009). In this study, we investigated the effects of treatment with low and high doses of caffeine on two episodic-like memory tasks, which have been shown to be hippocampal- dependent (Behav. Brain Res. 1-8; 300, 2009; Hippocampus 955-964; 18, 2008). Methods and Results: Eighteen three-month-old male Wistar rats (200 - 350g) were treated i.p. with saline, 15 or 30 mg/kg caffeine once a day for 45 days, and episodic-like memory behavioral tasks were started on the 29th and 41th days of treatment, respectively. The first one recollects what-when and what-where aspects of memory. The rats were exposed to four copies of an object on the first trial and then to a second sample of four copies of a new object on the second trial (after 1 h interval). The objects were placed on different positions on two trials. In the test, after 24h, the animals were exposed to two objects from each sample trial, located on the same position as before, except for one copy of the first sample (displaced old object). The second task consists of three 5-min-trials with 3-min-intervals between them in which the animal is exposed to the same object located in different positions in each trial. In the test trial, after 30 min, two copies of the object are presented (one of them in the same position as the first sample and the other in the same position as the third sample trial. Test trial is performed upon two conditions: high and low interference, with the two copies of the object distant 42 or 84 cm apart, respectively.Our results showed that in the first task rats treated with saline failed to present increased exploration of old objects (mean ± SE: 0.43 ± 0.11) compared to recent ones (0.57 ± 0.11), while rats treated with caffeine (15 mg/kg) explored more the old (0.77 ± 0.09) compared to recent objects (0.24 ± 0.09, paired samples t-test, p = 0.033). However there were no differences between exploration rate of displaced and non-displaced objects, in any of the groups. In the second task, under high interference condition, there was no difference in the exploration time of the first object compared to the third object in both control (2.72 ± 1.79; 4.72 ± 3.76) and caffeine 15 mg/kg (4.23 ± 1.99; 2.63 ± 1.04) groups. However, the caffeine 30 mg/kg group explored more the first (11.08 ± 3.79) object than the third one (4.68 ± 1.95; ANOVA and Bonferroni post-hoc, p = 0.050) Conclusions: Our results suggest that chronic caffeine administration improves temporal aspects of episodic-like memory in object recognition tasks. It should be noted that caffeine, even at high doses could improve memory on conditions of greater difficulty.
Epigenetic Inheritance of behavior and organization of cortical circuits in the VPA animal model of autism
(2015-07-11) Brandão, Juliana Alves; Souza, Carolina Araujo; Fernandes, Pedro Bruno; Soares, Ana Maria Araújo; Costa, Marcos Romualdo; Romcy-Pereira, Rodrigo Neves
Autism comprises a heterogeneous group of neuro-developmental disorders that affects brain maturation and produces sensory, motor, language and social interaction deficits with early childhood onset. Many studies indicate that the expression of autistic symptoms is a result of the interaction of predisposing genetic factors and environmental signals during embryonic and early-postnatal life. More recently, studies in animal models have demonstrated that embryonic developmental dysfunctions are at the basis of neuronal and synaptic maturation abnormalities leading to impairments in neural circuit and behavior functions similar to those seen in autism. In the VPA animal model of autism, rats prenatally exposed to valproic acid (VPA) also display behavioral, anatomical and physiological abnormalities reminiscent of autism endophenotypes. However, it is still unknown the degree of behavior and neural connectivity inheritability in this exogenously induced model. Here, we evaluated the behavioral performance and the organization of prefrontal cortex inhibitory circuit in young rats born from parents exposed to VPA and compared them to age-matched VPA-treated and untreated controls. Our results show that rats prenatally exposed to VPA (F1 generation) have a delayed latency for eyeopening during early post-natal development, reduced weight gain from P28 to P35, and clear autistic-like behavioral abnormalities during adolescence, such as hyperlocomotion, prolonged stereotyped behaviors and reduced social interaction when compared to untreated controls. Interestingly, their offspring at the same age (F2 generation - not exposed to VPA) resembled more the F1 generation than the untreated controls. F2 animals showed protracted eye-opening latencies, hyperactivity and a significant social interaction deficit as compared to untreated controls. However, these animals had normal weight gain until P35 and no significant differences in stereotypy parameters - thus suggesting an intermediate phenotype. Analysis of cortical GABAergic interneurons revealed a global decrease in the number of parvalbumin+ cells in the medial prefrontal cortex (mPFC) of F1 animals, in contrast to an increase in F2 animals when compared to untreated controls. In F1, the decrease was mostly due to cell loss in the anterior cingulate cortex, whereas in F2 animals the increase was associated to increased number of cells in all mPFC sub-fields (anterior cingulate cortex, prelimbic area and infralimbic area). The most significant increase in parvalbumin+ cells was seen in the deep cortical layers (V-VI) of F2 animals. Altogether, these findings suggest that an unbalance in prefrontal inhibitory circuits may subserve the locomotor and social behavior deficits observed in rats prenatally exposed to VPA and their offspring. In addition, it shows behavioral and circuit dysfunction inheritance in this animal model of autism.
Um estudo da evolução da mente e das psicopatologias através da análise de grafos da literatura
(2014-09) Pinheiro, Sylvia; Mota, Natália; Copelli, Mauro; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
Introdução Para melhor compreender pacientes com psicopatologias, Mota e colaboradores (2012, 2014) investigaram atributos de grafos de entrevistas obtidas de pacientes com esquizofrenia, com transtorno bipolar tipo I e em controles não psicóticos O estudo aponta a possibilidade de um estudo psiquiátrico quantitativo, e mostra diferenças significativas entre indivíduos bipolares e esquizofrênicos em pelo menos 10 atributos de grafos. Em uma análise de classificadores, os atributos permitiram uma diferenciação com alta sensibilidade e especificidade. Também realizando análise de texto, porém numa vertente semântica, Diuk e colaboradores (2012) aplicaram a ferramenta LSA (Latent Semantic Analysis) para estimar a presença do conceito de “introspecção” durante uma janela da história do desenvolvimento humano. Este trabalho, baseado nas ideias de Julian Jaynes (1976), encontrou na transição da tradição popular oral para a escrita durante a chamada Era Axial, (período 800 a.C. a 200 a.C.) um aumento dos níveis de introspecção. O estudo utilizou textos antigos das culturas grecoromana e judaicocristã, além de textos da atualidade. Os resultados corroboram a teoria de Jaynes sobre o aparecimento recente da consciência humana atual, através da ruptura do modo de funcionamento mental conhecido como “bicameral”. Este é caracterizado pela ausência de introspecção e constante intervenção de “vozes”, comportamento que é similar ao de indivíduos psicóticos. Objetivos Inspirandose nestas ideias, nosso estudo busca aplicar análise de grafos à literatura, em duas vertentes: 1) análise dos textos de escritores historicamente diagnosticados como psicóticos na literatura moderna e contemporânea; 2) análise dos textos da Era Axial. Métodos Para isto, obtivemos a versão digital das obras literárias no domínio púbico da internet, (em sítios como o Projeto Gutenberg e MIT Classics) e os adequamos para a versão de texto. Utilizamos o software Speechgraphs, que calcula atributos diversos baseandose na teoria dos grafos e posteriormente, pretendemos construir classificadores através do software Weka. Resultados e Conclusões Na primeira vertente de estudo, encontramos diferenças significativas entre os indivíduos esquizofrênicos e os controles, no atributo de grafo Arestas (12,76, p=0,0167**, N=34 autores), para janelas de 100 palavras, e em dois atributos (Arestas: 12,65; p= 0,0216* LSC: 10,39, p=0,0546*, N=34 autores) para janelas de 30 palavras , mostrando consistência com os estudos anteriores de Mota et al (2012, 2014). Na segunda linha, encontramos diferenças em quase todos os atributos de grafo quando comparamos o Antigo Testamento ao Novo Testamento e às Confissões de Santo Agostinho, todos textos da tradição judaicocristã. Com o desenvolvimento desta pesquisa com mais autores contemporâneos e a inclusão de textos da tradição grecoromana, esperamos aprofundar o teste de nossas hipóteses sobre padrões já encontrados para indivíduos com psicopatologias, e também encontrar novas evidências do padrão de comportamento bicameral.
Experience-dependent reactivation of the calcium signal transduction pathway in the rat hippocampus during sleep
(2009-10-20) Pereira, C. M.; Cota, V. R.; Santos, S.; Dias, G.; Souza, A. C.; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Nicolelis, M. A. L.
Sleep-dependent plastic changes play a key role in the consolidation of newly acquired memories. Two distinct and successive phases of sleep, slow wave sleep (SWS), and rapid eye movement (REM) sleep can be recognized in mammals. Both phases have been implicated in the sensorimotor processing of daytime events, but the molecular mechanisms involved remain poorly understood. Brain expression of the plasticity-associated immediate-early gene (IEG) zif-268 is upregulated during REM sleep in the cerebral cortex and hippocampus of animals exposed to rich sensorimotor experience in the preceding waking period (Learn Mem. 6; 500, 1999). Zif-268 integrates a major calcium signal transduction pathway which includes Ca(2+)/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) and mitogen activated protein kinase (MAPK). CaMKII autophosphorylation of T286 is of special importance because it makes the enzyme active in the absence of Ca(2+), providing a biochemical memory that is critical for plasticity. MAPK, an integral component of cellular signaling during mitotic cell differentiation, has been implicated in hippocampal long-term potentiation (LTP) and learning and memory in behaving animals. Our goal here is to investigate the phosphorylation levels of CaMKII and MAPK during sleep in rats exposed to a new rich environment in the preceding waking period. Intracranial local field potentials (LFPs) recorded in the cortex and hippocampus were used to characterize the wake-sleep cycle (J. Neurosci. 24; 11137, 2004). The phosphorylation levels of CaMKII and MAPK were assessed using specific antibodies for western blots and immunohistochemistry. Our preliminary data (WK n=3, SWS n=5 and REM n=3)) indicate that the MAPK pathway was reactivated in the hippocampus after a few minutes of SWS. Interestingly, for reasons still unknown, MAPK phosphorylation decreased to WK level after a single episode of REM sleep. Our results also showed CaMKII reactivation during REM sleep in the hippocampus of rats previously exposed to novel objects in the preceding WK period. Controls unexposed to novel experience did not show kinase reactivation during sleep. Our results support the notion that sleep harbors experience-dependent mechanisms of synaptic upscaling (Learn Mem. 6; 500, 1999, J. Neurosci. 22; 10914, 2002, J. Neurochem. 95; 418, 2005, Science, 313; 1775, 2006, FINS 1; 43, 2007, Neuron 61; 454, 2009).
Geometric ratio perception and preference among objects in rats
(2011-08) Pessoa, J. A.; Winnie, J.; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Vasconcelos, N.; Nascimento, G.; Lobão-Soares, B.
Objectives: The novel object preference test (NOPT) has been, in the last years, standardized for tasks in rodents as a behavioral parameter for evaluation of memory consolidation and also for evaluation of exploration preference among different objects presented at the same time. The geometric patterns of this preference are poorly understood and vary considering different species. In humans, it is known that body proportions close to gold ratio (1.618) are considered “aesthetic”. Considering fMRI studies, it is possible to observe differential signal activation of limbic areas in the human insula when individuals have visual contact with body segments with golden ratio. Nevertheless, as far as we know, no other geometric object preference study was performed in other species. The aim of this work was to evaluate in rats a possible exploration preference considering tripartite objects made with discrete variations of its proportions, and if they could disclose preference for same material made, but unfamiliar (new) objects when presented 24 hours after the first exposition. Methods and Results: On the first day, five male Wistar adult rats were placed in an open field arena with three steel objects composed by three stacked balls whose diameter follows three different ratios (1.2; 1.618/gold ratio; 1.8), placed at equidistant points. Twenty four hours after, these animals were exposed to the same objects of the first task, together with three new steel cylindrical objects (same proportions, height and size of the ball objects). Images were processed with any-maze behavior analysis software and time of object exploration was counted within each animal. ANOVA with Tukey´s post hoc test was performed for preference and memory tests, and p set at 0.05. On the first day, we found a huge object preference (p= 0.01) related to the 1.8 proportion balls (140.5 SD 36.09), when compared to both 1.618 (21.44 SD 8.91) and 1.2 ball (30.9 SD 19.58) composed objects. Surprisingly, on the second day the exploration time was similar in both familiar and unfamiliar objects, revealing no novel object preference in this case. Also, in the second exposition, they did not disclose any preference by a specific proportion, as they did in the first day for 1.8 balls, considering both ball and cylindrical objects (all p values > 0.05). Conclusions: We might expect a possible existence of an innate and species-specific pattern of aesthetic preference in rodents considering geometric evaluation of different proportions. Also, that only variation of proportions (not material variation of objects) may be not sufficient for studying memory consolidation in the NOPT. Finally, that when exposed to many objects, these animals may lose the preference for some exploration pattern related to a specific geometric proportion.
Hippocampal Theta Oscillations and Cross-Frequency Coupling during Spatial Decision-Making
(2014-09) Belchior, Hindiael; Souza, Bryan; Santos, Vítor Lopes dos; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Tort, Adriano Bretanha Lopes
Introdução The processing of spatial and mnemonic information is believed to depend on hippocampal theta oscillations (512 Hz). However, in rats both the power and frequency of the theta rhythm are modulated by locomotor activity, which is a major confounding factor when estimating its cognitive correlates. Previous studies have suggested that hippocampal theta oscillations and its modulation of higher frequency rhythms support decisionmaking processes. Objetivos In the present study, we investigated to what extent spatial decisionmaking modulates hippocampal theta oscillations when controlling for variations in locomotion speed. In addition, we measured how the amplitude of lowgamma (2550 Hz), high-gamma (6090 Hz), and highfrequency oscillations (>100 Hz) is modulated by the phase of theta oscillations (crossfrequency coupling). Métodos We recorded local field potentials from the CA1 region of 5 male Wistar rats while animals had to choose one arm to enter for reward (goal) in a fourarm radial maze. The animals were previously trained to achieve 70% of correct choices and four sessions were used to the analyses. We then analyzed intervals of intertrial period (DELAY), decisionmaking (DM), and running to reward (RUN). Trials with similar locomotion speed were used to compare theta power across intervals. We measured crossfrequency coupling within each interval and temporally triggered to the end of DM. Resultados e Conclusões We observed prominent theta oscillations and strong phase modulation of gamma amplitude during DM interval of the task, which occurred in the center of the maze before animals deliberately ran through an arm towards goal location. In speed-controlled analyses, theta power and frequency were higher during the decision period when compared to either an intertrial delay period (also at the maze center), or to the period of running towards goal location (p<0.05, twoway ANOVA followed by Tukey's post hoc test). Moreover, theta activity was higher during decision intervals preceding correct choices than during decision intervals preceding incorrect choices (p<0.05, Student's ttest). Altogether, our data support a cognitive function for the hippocampal theta rhythm in spatial decisionmaking.
Intrahippocampal aniracetam does not prevent contextual fear conditioning deficit induced by sleep deprivation
(2011-08) Dubiela, F. P.; Queiroz, Claudio Marcos Teixeira de; Soares, J. C. K.; Tufik, S.; Hipólide, D. C.
Objectives: The present work addressed whether deficits in fear conditioning (FC) performance observed after sleep deprivation (SD) (Behav Brain Res. 129:171, 2002) are dependent on AMPA receptor function and therefore could be prevent by local administration of the ampakine aniracetam. Methods and Results: Under deep anesthesia, stainless steel guide cannulae were bilaterally implanted in the dorsal hippocampal CA1 region of 3-month old male Wistar rats (250-300 g). After one week of recovery, animals were sleep deprived for 96 h by the modified multiple platform method (SD condition). Control animals remained in their home cages and were allowed to sleep ad lib. (CC condition). At the end of the sleep deprivation procedure, animals received bilateral infusions of vehicle, 0.1 or 1.0 M of aniracetam (1 µL) 15 min before the contextual fear conditioning training session. The behavioral paradigm consisted of 5 tone-shock pairings (60dB/5s, 0.6mA/1s) applied at intervals of 30 s. Twenty-four hours later, animals were exposed to a contextual FC test in the same environment where the FC training took place, followed by a tone FC test in a different apparatus where 5 tones were presented. Freezing behavior, defined as time spent in complete immobility, was recorded during all FC sessions and expressed as mean freezing duration / minute. Animals were divided into 6 groups (N=7-10), accordingly to the sleep deprivation procedure (CC, SD) and treatment (vehicle, aniracetam 0.1 M and 1.0 M). Contextual FC test: an one-way ANOVA indicated significant effect of group (p<0.05). Duncan post hoc analyses revealed that SD groups (SD vh: 8.0±2.4; SD ani 0.1M: 4.3±2.2; SD ani 1.0M: 7.9±4.6) displayed less freezing response in comparison to CC groups (CC vh: 31.3±2.7; CC ani 0.1M: 21.5±5.0; CC ani 1.0M: 31.9±3.9) (p<0.05) (values are mean±SEM in seconds). Tone FC test: A two-way repeated measures ANOVA indicated no significant main effects of group (p=0.10), a significant effect of minute (p<0.05), and no significant interaction between them (p=0.80). Duncan post hoc analyses revealed that all groups displayed an increased freezing response after the tone presentation (before tone: CC vh: 10.4±2.4; CC ani 0.1M: 8.0±1.6; CC ani 1.0M: 7.4±1.8; SD vh: 5.3±1.9; SD ani 0.1M: 2.7±1.8; SD ani 1.0M: 6.8±2.1; after tone: CC vh: 48.3±4.9; CC ani 0.1M: 47.3±3.5; CC ani 1.0M: 39.4±5.7; SD vh: 35.1±7.8; SD ani 0.1M: 35.5±6.9; SD ani 1.0M: 35.9±5.3) (p<0.05) (values are mean±SEM in seconds). Conclusions: Based on previous evidence showing a promnesic effects of aniracetam on the fear conditioning task (Brain Res. 768:197, 1997), we sought to verify whether intrahippocampal treatment with this drug could prevent learning deficits induced by sleep deprivation. Contrary to our hypothesis, aniracetam treatment did not affect fear conditioning performance of sleep deprived animals. This lack of effect might be due to hippocampal AMPA receptor downregulation after sleep deprivation.
Is expression of synaptic plasticity-related genes modulated by exposure to novelty during subsequent sleep?
(2010-09) Calais, Julien Brag; Ojopi, Elida Benquique; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Morya, Edgard; Nicolelis, Miguel Angelo Laporta; Sameshima, Koichi
Independent lines of evidence support the role of sleep in memory consolidation. However, some contradictory findings have been observed regarding how synaptic plasticity is modulated during sleep. Sleep deprivation studies have shown that the expression of genes related to long-term depression (LTD) is increased during sleep, while the expression of genes related to long-term potentiation (LTP) is increased during waking. However, experiments involving exposure to novelty and/or training in behavioral tasks prior to sleep have shown that immediate early genes (IEG) related to LTP maintenance, such Arc and Egr1, are reinduced during REM sleep. To further explore this question, we examined whether exposure to novelty influences the expression of genes related to LTP (Arc, Bdnf, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1) or LTD (Camk4, Ppp2ca, Ppp2r2d). Behaviors and local field potentials (LFPs) were recorded from the hippocampus and primary somatosensory cortex of 30 adult male rats. Recordings were performed before, during and after 20 min of exposure to four novel objects. Animals were prevented from sleeping for 60 minutes after exposure, and were then allowed to sleep freely. Unexposed animals served as negative controls. Immediately after sleep deprivation (waking groups) or thirty minutes after entering sleep (slow wave sleep and REM sleep groups), animals were euthanized, and their brains were dissected into frozen samples of somatosensory cortex and hippocampus. Finally, plasticity-related genes had their expression levels analyzed by real time PCR. A bootstrap non-parametric two-way ANOVA (NANOVA) was performed on the data, followed when appropriate by the Tukey HSD test corrected for the number of comparisons (.α = 0.05). We observed an increase in gene expression in hippocampus of animals that were exposed to novel spatio-sensory stimuli in comparison to control animals after waking (Arc - p=0.001; Egr1 - p=0.005; Fos - p<0.001; Nr4a1 - p=0.006; Ppp2ca - p=0.018) and REM sleep (Arc - p=0.030; Egr1 - p=0.001; Fos - p<0.001; Ppp2ca - p=0.037; Ppp2r2d - p=0.010), but not after slow wave sleep. These findings corroborate the important role of REM sleep for memory consolidation. Most importantly, our results provide pioneering experimental evidence that synaptic potentiation and depression occur concomitantly during REM sleep.
Lei de Potência e Criticalidade na Rede de Funcionalidade Neuronal
(2010-09) Silva, Bruno B. M.; Andrade, Roberto F. S.; Miranda, José Garcia Vivas; Corso, Gilberto; Vasconcelos, Nivaldo; Nicolelis, Miguel A. L.; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
A Rede de Funcionalidade Neuronal (RFN) é construída usando-se correlação entre séries de potencias de ação (disparos) de uma população de neurônios. Neste trabalho usamos registros elétricos oriundos de ratos com matrizes de eletrodos implantados permanentemente em seu cérebro enquanto os mesmos andam, comem, exploram objetos livremente ou dormem. A RFN tem como vértices os neurônios. Uma ligação entre dois neurônios é inserida na rede cada vez que a correlação entre a atividade neural destes neurônios durante certo intervalo de tempo atinge um nível de significância previamente especificado. Esta rede dependente do tempo é baseada em registros elétricos da ordem de duas horas. Sendo as janelas de tempo em torno de 5s a 20s, temos uma sequência de milhares de redes. Como o tamanho típico do número de neurônios é da ordem de meia centena, o número máximo de conexões é um pouco maior do que mil. Tomando o tempo total do experimento, foi observado que o histograma do número de conexões nas RFN segue uma lei de potência. O número de neurônios conectados em uma população aparece como um ótimo indicador de seu comportamento coletivo. A lei de potência encontrada na distribuição do número de conexões revela propriedades do estado funcional desta população. Mais do que isto, esta lei de potência revela um indício de criticalidade na atividade cerebral, similar à que já foi obtida por outros métodos. Nossos resultados foram testados com relação a três variáveis: o tamanho do bin, o tamanho da janela e o nível de significância da correlação. Observa-se que a lei de potência se torna mais clara à medida que se aumenta o nível de exigência para se estabelecer uma ligação entre os nós (neurônios) da rede.
Modelando a atividade conectiva de uma população de neurônios: a Rede de Funcionalidade Neuronal
(2010-09) Corso, Gilberto; Miranda, José Garcia Vivas; Silva, Bruno B. M.; Vasconcelos, Nivaldo; Nicolelis, Miguel A. L.; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
O conjunto de dados sobre para o qual se constrói o modelo aqui exposto é o seguinte: séries temporais de disparos de uma população de neurônios. Os dados são provenientes de ratos com matrizes de eletrodos implantados permanentemente em seu cérebro e registros extracelulares contínuos de atividade elétrica enquanto o animal anda, come, dorme e explora novos objetos. As séries temporais utilizadas se referem a potenciais de ação neuronais (disparos). Os disparos na série foram binados para um tamanho de bin conveniente. A partir das series temporais construímos, para uma dada janela de tempo, a rede de funcionalidade neuronal (RFN). Esta rede é intrinsecamente dinâmica, mas antes de discorrermos sobre ela vamos explicá-la com cuidado. Uma rede é um objeto matemático definido por dois conjuntos: um conjunto de vértices e outro de ligações. A RFN tem como vértices os próprios neurônios da população neuronal e as ligações entre dois neurônios quaisquer se estabelecem cada vez que a correlação entre estes neurônios extrapola dado nível de significância. Foram analisados neste trabalho três variáveis: o tamanho do bin, o tamanho da janela e o nível de significância da correlação. Os experimentos computacionais mostram estabilidade da rede frente a variações destes parâmetros. O principal resultado até o momento indica uma presença marcante de pólos (neurônios muito conectados) na rede e uma distribuição de conectividade da rede muito distante do modelo nulo que é a rede aleatória. No contexto da física estatística, esta rede se parece a uma rede livre de escala. O uso deste construto matemático é promissor, pois ele pode se tornar um eficiente método de identificação de estados de funcionalidade conectiva de uma população de neurônios. De fato, podemos pensar que a tarefa de reconhecer padrões de aprendizado e reencontrá-los ao longo do tempo, através de estados de sono ou vigília, possa ser facilitada com esta técnica. Temos isto em mente porque a RFN é uma sutil sofisticação da matriz de correlação, que é hoje a principal ferramenta usada na tarefa de reconhecer padrões de memória a partir de um conjunto de series temporais de disparo de uma população de neurônios.
Oscilações rápidas no sistema retinogeniculado do gato
(2014-09) Rosso, Giovanne; Freitag, Fabio; Campanelli, Stephany; Baron, Jerome; Tehovnik, Edward; Maciel, Sergio Tulio Neuenschwander
Introdução Nos sistemas sensoriais respostas neurais são frequentemente associadas a oscilações rápidas (30120 Hz). Estudos teóricos e experimentais propõem que estas oscilações possam contribuir para codificação sensorial. Na retina, oscilações ocorrem em geral em resposta a estímulos relativamente grandes, e provavelmente codificam propriedades como tamanho e continuidade. Estes padrões oscilatórios são transmitidos ao núcleo geniculado lateral (LGN) e córtex. Objetivos Propomos estudar as oscilações na retina durante as respostas a estímulos visuais complexos e suas dependências a diversos anestésicos (e.g., ketamina e halotano). Métodos Registros eletrofisiológicos simultâneos da retina e LGN foram obtidos em gatos anestesiados por ketamina e halotano (ou isoflurano, N= 3). Em outra série de experimentos, registros do LGN foram obtidos após recuperação da anestesia por halotano (N= 1). Nas duas séries de experimentos, gatos adultos, foram previamente submetidos a uma cirurgia para implante de dois cilindros de registro sobre o crânio, que também serviam para imobilização. Para o registro do LGN, utilizamos de 34 eletródios que podiam ser movidos independentemente. Da mesma forma, para os registros da retina, utilizamos de 23 eletródios, posicionados na região de representação central, através de uma cânula intraocular. Durante as cirurgias os gatos eram anestesiados por halotano (ou isoflurano), administrado por meio de um tubo endotraqueal, em uma mistura de ar (ou N2O) e O2 (70%:30%). Sinais vitais foram monitorados em todas as fases dos experimentos (procedimentos aprovados pela CEUAUFRN 019/2012). Aquisição de dados, geração de estímulos visuais e análise foram feitos através do sistema NEUROSYNC (desenvolvido por SN e JB). Foram adquiridos sinais da atividade extracelular (spikes) e potencial de campo local (LFP). Os estímulos visuais foram apresentados em uma tela de computador. Análise espectral e análise de coerência foram baseadas em ferramentas do Chronux (chronux.org). Resultados e Conclusões Análise espectral e análise de correlação das respostas confirmam estudos prévios, mostrando que respostas oscilatórias na retina dependem do tamanho do estímulo. Em respostas a cenas naturais, as oscilações (91.7 ± 11.7 Hz) apareceram apenas por momentos breves, quando os campos receptores eram dominados por superfícies extensas, uniformes e contínuas. Além disto, nossos resultados mostram que oscilações da retina no gato são fortemente dependentes da anestesia por halotano.Na ausência deste, atividades oscilatórias estiveram ausentes, independentemente das características dos estímulos visuais. Resultados semelhantes foram obtidos para o isoflurano, anestésico com propriedades farmacológicas similares. Esses resultados, inesperados, nos fazem questionar se oscilações feedforward no sistema visual não seriam um epifenômeno, gerado pelos anestésicos halogenados. Experimentos futuros em gatos acordados serão necessários para extender essas conclusões.
Predicting soft robot’s locomotion fitness
(2021-07-07) Biazzi, Renata Biaggi; Fujita, André; Takahashi, Daniel Yasumasa
Organisms with different body morphology and movement dynamics have distinct abilities to move through the environment. Despite such truism, there is a lack of general principles that predict which shapes and dynamics make the organisms more fit to move. Studying a minimal yet embodied soft robot model under the influence of gravity, we find three features that predict robot locomotion fitness: (1) A larger body is better. (2) Two-point contact with the ground is better than one-point contact. (3) Out-of-phase oscillating body parts increase locomotion fitness. These design principles can guide the selection rules for evolutionary algorithms to obtain robots with higher locomotion fitness
Processamento metamodal no córtex sensorial primario de ratos
(2010-09) Caixeta, Fábio Viegas; Belchior, Hindiael; Laplagne, Diego Andrés; Freire, Marco; Nicolelis, Miguel; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
O modelo de processamento sensorial mais aceito atualmente afirma que os sentidos são processados em paralelo, e que a atividade de córtices sensoriais específicos define a modalidade sensória percebida subjetivamente. Neste trabalho investigamos se neurônios nos córtices primários visual (V1) e somestésico (S1) podem responder a estímulos das modalidades sensoriais cruzadas. Seis ratos machos adultos da linhagem Long-Evans receberam implantes crônicos de múltiplos eletrodos para registro simultâneo de disparos de potencial de ação de neurônios individuais e de potenciais de campo local nos córtices V1 e S1. A posição dos eletrodos foi confirmada por análise histológica (coloração de Nissl e citocromo oxidase). Quatro ratos foram submetidos a uma sessão de estimulação visual sob anestesia (104 neurônios registrados em V1 e 143 em S1), e três ratos foram submetidos a uma sessão de estimulação tátil sob anestesia(61 neurônios registrados em V1 e 136 em S1). Durante a estimulação visual, 87% dos neurônios de V1 foram responsivos, enquanto 82% dos neurônios de S1 responderam à estimulação tátil. Nos mesmos registros,encontramos 23% dos neurônios de V1 responsivos a estímulos táteis e 22% dos neurônios de S1 responsivos a estímulos visuais. Analisando o potencial de campo local, encontramos um potencial de campo evocado em ambos os córtices com latência semelhante ao pico de disparo dos neurônios registrados, sendo a amplitude dessa resposta ~50% maior nos córtices isomodais. Nossos dados corroboram uma crescente série de evidências que indica a presença de processamento metamodal nos córtices sensoriais primários, o que desafia o paradigma do processamento sensorial unimodal e sugere a necessidade de uma reinterpretação do modelo de hierarquia cortical atualmente aceito.

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