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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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
Role of dopaminergic D2 receptors in regulating molecular biomarkers os neural lasticity and memory consolidation
(2011-08) Aguiar, L. M.; Soares, B. L.; França, A. S. C.; Nascimento, G. C. D.; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
Objectives: To investigate whether the D2 antagonist haloperidol can modulate the hippocampal expression levels of Zif-268 and phosphorylated CaMKII, two synaptic plasticity biomarkers related to memory consolidation. Methods and Results: For memory consolidation analysis, male adult mice (Mus musculus, 19-29g) separated in two groups (haloperidol 0.3 mg/kg - HALO i.p. and vehicle, n=8 per group) were submitted to two sessions of object exploration with a 24 hours inter-session interval. Drugs were injected i.p. immediately after the first exploration session. An object recognition index (exploration time of unfamiliar/ familiar objects) was obtained in the second object exploration session. The HALO group presented a significant decrease in object recognition when compared to vehicle (respectively 1.51 ± 0.11 and 2.5 ± 0.19; p=0.0007). In a separate group of animals (n=10 for HALO and 11 for vehicle), the brains were removed three hours after a single session of object exploration, and the tissue was processed for immunohistochemistry of Zif-268 and phosphorilated CaMKII. Zif-268 expression was quantified by counts of positively-labeled nuclei, and CamKII phosphorylation was quantified by densitometry, with measurements taken from the hippocampal regions CA1, CA3 and dentate gyrus. We performed student t tests for comparisons between the two groups, and the significance level was set at 0.05. No significant difference related to Zif-268 expression was observed. On the other hand, a significant reduction in CaMKII phosphorylation in the CA1 region was observed in the HALO group, when compared to the vehicle group (0.84 ± 0.05 and 1.14 ± 0.1; p=0.016). Conclusions: These results suggest that the blockade of D2 receptors can impair mnemonic systems, leading to both a decrease in the phosphorylation of CAMKII, and to behavioral changes that indicate learning impairment.
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.
Sinalização por Sonic Hedgehog influencia a proliferação e diferenciação de progenitores gliais in vivo.
(2014-09) Araújo, Geissy Lainny de Lima; Araújo, Jéssica Alves de Medeiros; Costa, Marcos Romualdo
O Sonic Hedgehog (Shh) é uma proteína essencial durante o desenvolvimento do sistema nervoso central (SNC). Há uma vasta literatura apresentando suas funções e efeitos sobre a proliferação de células em diferentes estágios do desenvolvimento embrionário. No entanto, a função desta proteína sobre populações celulares específicas ainda está pouco elucidada. O presente trabalho demonstra a influencia do Shh sobre as célulastronco neurais e, mais restritamente, sobre a população glial presente no córtex cerebral em desenvolvimento. Objetivos O objetivo principal consiste em avaliar a influência da via de sinalização por Shh sobre a proliferação e diferenciação de progenitores gliais na substância branca e substância cinzenta de roedores. Manipulamos essa via através de injeções intraperitoneais de agonistas e antagonistas do Shh em fêmeas grávidas em diferentes períodos da gestação. Os efeitos do aumento ou redução da sinalização por Shh sobre essa população foram avaliados quantitativamente no período pósnatal. Métodos Fêmeas grávidas da linhagem de camundongos C57bl/6 receberam injeção de Purmorfamina, um agonista da via de Shh, por 3 dias sendo estes o 12°, 13° e 14° dia embrionário. No 13° dia as fêmeas também foram injetadas com 5bromo2' deoxyuridine (BrdU), incorporado apenas por células progenitoras na fase S do ciclo celular. A prole foi avaliada no dia pós natal 7 (P7). Para o bloqueio da via do Shh utilizamos a injeção de Ciclopamina no dias embrionários 16°, 17° e 18° sendo o Brdu administrado no 17° dia. Os animais também foram sacrificados para a análise em P7. Para a imunohistoquímica, foram utilizados anticorpos contra marcadores de população de progenitores/ células gliais como o Oligodendrocyte transcription factor (Olig2) e o Glial fibrillary acidic protein (GFAP). Além disso, a marcação para BrdU também foi evidenciada, permitindo a análise de colocalização desses marcadores. Foram adquiridas imagens dos cortes histológicos no microscópio confocal (Examiner Z.1, Zeiss). Foram analisadas duas áreas, a substância branca periventricular, a substância cinzenta imediatamente acima dessa, correspondente ao córtex motor primário. Análises estatísticas foram realizadas com o programa Prism 5 (GraphPad). Para a comparação de dois grupos (controle x experimental) foi realizado teste t não pareado. O intervalo de confiança desse estudo é de 95%. Todos os procedimentos realizados estão de acordo com as leis da Sociendade de Biologia Experimental para experimentação em animais e foram previamente aprovados pelo comitê de ética da instituição envolvida sob o parecer número 040/2014. Resultados e Conclusões O tratamento com Purmorfamina leva a um aumento do número de células comarcadas para BrdU e Olig2 na substância branca: Controle: Média ± SEM: 3.067 ± 0.4595 N=3 Purmorfamina: Média ± SEM: 7.293 ± 0.8668 N=2. Já na substância cinzenta não foi observada diferença estatística entre os grupos: Controle: Média ± SEM: 2.720 ± 0.6958 N=3 Purmorfamina: Média ± SEM: 3.596 ± 0.5382 N=2 Os animais tratados com Ciclopamina ainda estão em processo de análise. Com o aumento da sinalização por Shh em período anterior a gliogênese, podemos observar um maior número de progenitores gliais em processo mitótico, localizados na substância branca do cérebro de roedores. Com isso, podemos concluir que a sinalização por Shh promovida pela administração da Purmorfamina durante a gestação, leva a uma maior especificação glial em períodos precoces do desenvolvimento do SNC.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Representation of freely-explored objects in the primary somatosensory cortex and hippocampus
(2010-09) Vasconcelos, Nivaldo; Macedo, Edson Anibal de; Corso, Gilberto; Gomes, Herman; Nicolelis, Miguel; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
When a rat freely explores an object in the dark and its whiskers touch different parts of the object with different velocities and angles, tactile information reaches the telencephalon with tantalizing spatio-temporal complexity. To investigate the tactile representation of freely-explored objects in the telencephalon, we performed multielectrode extracellular spike recordings from the primary somatosensory cortex (S1) and hippocampus (HP) of adult rats, as they freely explored novel objects in the dark. Neuronal data were fed to five different binary classifiers: multilayer perceptron, radial basis functions, support vector machines, decision tree and naive Bayes classifier. The classifiers were evaluated using the area under a receiver operating characteristic curve (AUROC). In most cases, it was possible to achieve substantial and significant object classification in both S1 and HP (>0.75 AUROC medians, corrected p<0.05). To assess the distribution of information across neuronal ensembles recorded from S1 and HP we performed a neuron dropping analysis, a bootstrap method that reveals how much information is lost, on average, as neuronal ensembles decrease their size from “n” to 1 neuron. We found that significant object classification is achieved with ensembles as small as 10 neurons in both S1 and HP. The best fit for the neuron dropping curves was akin to a type II functional response curve, which in ecology describes the decelerating intake rate of a consumer as a function of food density. We propose that the representation of freely-explored complex objects by neuronal ensembles in S1 and HP is robust, highly distributed, and shaped by the limited availability of non-redundant information to individual neurons.
Regulação emocional pela atenção: novas evidência em neuroimagem
(2010-09) Sanchez, Tiago Arruda; Mocaiber, Izabela; Erthal, Fátima Smith; Joffily, Mateus; Volchan, Eliane; Araújo, Dráulio Barros de; Fortes, Mirtes Garcia Pereira; Oliveira, Leticia de
Objetivo: Apesar das evidências a favor da automaticidade no processamento de estímulos aversivos, especialmente na amígdala, a sua resposta parece ser dependente da disponibilidade de recursos atentivos. Dessa forma, a atenção pode atuar como um mecanismo de regulação emocional, importante para a compreensão de uma série de distúrbios psiquiátricos em que este mecanismo está prejudicado. Nesse estudo, investigamos o processo do regulação emocional pela atenção com estímulos altamente aversivos. Métodos: Imagens funcionais por ressonância magnética foram adquiridas de 22 voluntários saudáveis (12 homens; 19-37 anos, média de 26,3 anos) enquanto figuras neutras ou aversivas (corpos mutilados do International Afective Picture System – IAPS), eram apresentadas enquanto eles realizavam três tarefas diferentes, em que a atenção era manipulada. As imagens foram apresentadas no centro do campo visual, enquanto apareciam duas barras, uma de cada lado da figura. As três tarefas atentivas correspondiam a reconhecer: (1) a valência emocional da figura, (2) a semelhança na orientação das duas barras com diferenças de 0o ou 90o (tarefa fácil) e (3) a semelhança das mesmas com diferença de 0o ou apenas 6o (tarefa muito difícil). Resultados: Nas análises de regiões de interesse (ROIs) observamos um padrão de regulação emocional, com diminuição da amplitude do sinal BOLD estimado, nas regiões da amígdala, ínsula anterior, cíngulo posterior e córtex pré-frontal medial, ventrolateral e orbitofrontal na tarefa fácil. Já na tarefa difícil, esse comportamento se manteve, com exceção do sinal da ínsula e do orbitofrontal, que voltou a subir, talvez, por um efeito de estresse. Verificamos uma maior amplitude do sinal BOLD na região dos córtices pré-frontal dorsolateral, parietal superior e área motora suplementar quando a atenção foi alocada para as tarefas de barras, supostamente, por um efeito da demandava maior atenção. Conclusões: Nestes resultados, todo um conjunto de estruturas envolvidas no processamento emocional foi regulado pela manipulação da atenção nas tarefas. Estas evidências indicam que, mesmo para estímulos extremamente negativos, a disponibilidade de recursos de atenção e, talvez, mecanismos inibitórios de controle cognitivos sobre a amígdala sejam fatores condicionantes da resposta emocional.
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.
Yoga practice improve psychophysiological parameters related to anxiety, depression and stress
(2010-09) Rocha, Kliger; Rocha, Kelly; Albuquerque, Fabiola; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Sousa, Maria Bernardete Cordeiro de; Silva, Regina Helena
Objectives: Although beneficial effects of yoga and similar procedures on mental and physical health have been reported, few well controlled studies have been published describing these effects. To determine the effects of yoga intervention on anxiety, depression and stress, a controlled trial comparing yoga practice and conventional physical exercises was performed. Methods: The research protocol was approved by a research ethics committee (006/08 - CEP/UFRN, CAAE 0006.0.051.000-08, advice 021/2008).Thirty six healthy military men aged twenty to forty-five years were included in the study. Subjects were randomized to six months of Hatha yoga classes, or military exercise class as a control for regular exercise. Outcome assessments performed at baseline and at the end of the 6-month period included anxiety, depression and stress inventories, and determination of salivary cortisol levels. Results: Only yoga practice subjects presented significant decrements in stress, anxiety and depression scores in 6-month measurements compared to baseline values, indicating significant improvements of psychological parameters in the Yoga practice group compared to the conventional physical exercises group. In addition, a decrease in salivary cortisol levels was also find only for yoga practice group (basal measurement: 1,54ug/dL + 0,68 – yoga and 0,84ug/dL + 0,64 – control; after 6 months: 0,48ug/dL + 0,51 – yoga and 1,30ug/dL + 0,71 – control). Conclusions: The results showed psychophysiological improvements in all parameters evaluated, suggesting a potential therapeutic benefit of this kind of intervention in anxiety, depression or stress-related conditions and their possible consequences to general health.
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.
Release of androgens and cortisol during social challenging in common marmoset females
(2010-09) Coelho, Nicole Leite Galvão; Sousa, Maria Bernardete Cordeiro de
One of the most important and extensively studied social behaviors exhibited by animals is aggression. However, the relationships between agonistic behavior and hormones such as androgens and cortisol are complex. In some species, including humans, a high testosterone/cortisol ratio results from social competition and, as a consequence, from the expression of aggressive behavior. Although studies in this area have been carried out mostly in males, females also react to social stressors, responding differently from males. Sex-related differences in stress response using experimental models in biomedical research have been increasingly emphasized. Since common marmosets (Callithrix jacchus), a small neotropical primate, have been widely used in biomedical research, we investigated three dyads of adult common marmoset females to determine if fecal androgens and cortisol are associated to the expression of aggressive behavior. The study encompasses 3 phases: (1) baseline, which starts with dyad pairing, lasting one month; (2) isolation and (3) reunion, lasting 7 days each. Increased fecal cortisol and androgens were observed during isolation (F= 4.29; p= 0.01) and reunion (F= 4.16; p= 0.02) respectively, compared to baseline phase values. When the data from all phases were analyzed together, a positive significant correlation between androgens and agonistic behaviors of scent-marking (r= 0.22; p< 0.05) and individual piloerection (r= 0.43; p< 0.05) was also observed. These findings suggest that social isolation triggers an anxiety-like response, while reunion induces hormonal changes that characterize an aggressive response, probably due to competition between females to restore social rank. Future studies focusing on factors that could be interfering in the endocrine and behavioral response to social and nonsocial challenges in males and females, such as relatedness and previous social dynamics between females, might contribute to the better understanding of the mechanisms that trigger aggression and competition to establish social rank in marmosets.
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.
Visual Perception and Imagery Adaptation effects modulated by Ayahuasca
(2014-09) Andrade, Katia; Zimmermann, Tallita de Souza; Fontes, Fernanda Palhano; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes; Araújo, Dráulio Barros de
Introdução Ayahuasca is psychedelic tea used by indigenous mainly for religious and medicinal purposes. It is composed essentially by the serotoninergic agonist, N,Ndimethyltryptamine (DMT), and monoamine oxidase inhibitors (MAOi). Ayahuasca ingestion causes profound sensory, cognitive and affective changes. Among the ones related to the visual system, we can highlight the increase of brightness and sharpness of objects, vibrations of the visual field and vivid mental imagery, sometimes referred to as “seeings”. Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) studies have demonstrated a great superposition in the brain areas involved in visual mental imagery and visual perception. However, seeing something is quite different from imagining it, at least during regular awake conscious states. On the other hand, a recent fMRI study conducted by our group showed that the signal of visual cortex during periods of visual imagery with eyes closed was similar in magnitude to periods of visual perception with eyes open, when individuals were under the effect of Ayahuasca. However, it is well known that fMRI has low temporal resolution and it relies on indirect measures of neuronal activity. Conversely, electroencephalography (EEG) measures the brain electric activity and has a temporal resolution in the order of milliseconds. Objetivos Therefore, the main goal of this study is to use EEG in order to detect neural differences between perceived and imagined stimuli before and after Ayahuasca intake to understand not just the neural processing of visual imagery, but also its neuromodulation caused by Ayahuasca ingestion. Métodos Eventrelated potentials (ERPs) were recorded from frequent Ayahuasca users during a visual adaptation paradigm, which is capable of evaluating the neuronal activation of a test stimulus that is preceded by different adaptor stimuli. If the adaptor stimuli produce similar effects on the test stimulus, the underlying neural representation of both adaptor stimuli is similar. Hence, we used face and object adaptors, either perceived or imagined, on test stimuli and analyzed the N170/VPP complex, typically much larger for faces than for other object categories. Resultados e Conclusões Our results showed that perceived and imagined adaptors affected the N170/VPP complex although perceived adaptors suppressed whereas imagined adaptors enhanced the amplitude of the N170/VPP. Interestingly, after Ayahuasca intake the perception and imagined adaptation effect decreased and increased, respectively. One of the remarkable experiences brought by Ayahuasca is an increased interoceptive attention probably facilitating the performance of internal against external oriented task.
The graph properties of psychotic speech differ between early and late onset, but not between acute and chronic psychosis.
(2014-09) Mota, Natália Bezerra; Copelli, Mauro; Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
Introdução Speech structure measured by graph analysis can help clinicians to quantify speech symptoms, and characterize the psychopathology of psychosis. One important feature observed by psychiatrists are the different aspects of early and late onset psychosis with regard to cognitive symptoms. Since larger cognitive deficits are expected in the population with early onset psychosis, early diagnosis is important to guide interventions able to mitigate a more severe evolution of the disease. Objetivos The aim of the present study is to identify the influence on different types of psychosis (schizophrenia or bipolar disorder) of different types of onset (early onset: psychosis before age 18, late onset: after age 18) and different disease durations (during first episode psychosis or chronic psychosis, after two years of disease). Métodos We interviewed 52 psychotic subjects, applying psychometric scales and asking for dream reports. Then we transcribed those reports, represented as wordgraphs (each word was represented as a node, and the temporal link between consecutive words was represented as an edge) and quantified 14 speech graph attributes (SGAs) after controlling for differences in word count. Resultados e Conclusões We performed a threeway ANOVA to predict the influence of age of onset (early or late), duration of disease (first episode psychosis or chronic) and diagnosis (schizophrenia and bipolar disorder), considering 3 different types of interaction (onset x duration, onset x diagnosis, duration x diagnosis), and correcting for 3 comparisons (α=0.0167). Diagnosis is related with differences in edges (p=0.0001), LCC (p=0.0002), LSC (p=0.0001), and ATD (p=0.0046); onset is related with differences in L1 (p=0.0091) and the interaction of diagnosis and onset is related to differences in ATD (p=0.0155). We also found a positive correlation between selfloops and age of onset (RHO=0.3992, p=0.0034), but no correlation was detected between standard psychometric measures and duration of disease or age of onset. The late onset group showed more selfloops than the early onset group (p=0.0308), and the late onset schizophrenia group showed a smaller ATD than the early onset schizophrenia group (p=0.0489). Conclusion: Selfloops measured on graphs of dream reports are better correlated with age of onset than standard psychometric measures, characterizing differences between early and late onset psychotic groups. We also found that early onset schizophrenia, but not bipolar psychosis, shows higher ATD than late onset schizophrenia. We did not find correlations between SGAs and duration of disease, or interactions between duration and onset or diagnosis to explain SGAs differences, pointing to the conclusion that SGAs must be a trace, more than a stage metric of psychotic speech.

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