Caracterização da produção vocal ultrassônica neonatal induzida por separação materna e avaliação de sua validade como biomarcador da atividade exploratória ao desmame em um modelo animal de autismo
dc.contributor.advisor | Pereira, Rodrigo Neves Romcy | |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/9209418339421588 | pt_BR |
dc.contributor.author | Bessa, Rafael dos Santos de | |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0001-9507-3402 | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/6313181480655294 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Takahashi, Daniel Yasumasa | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4659230362946311 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Ruggiero, Rafael Naime | |
dc.contributor.referees3 | Aguiar, Cleiton Lopes | |
dc.contributor.referees4 | Silva, Regina Helena da | |
dc.date.accessioned | 2023-12-22T19:31:25Z | |
dc.date.available | 2023-12-22T19:31:25Z | |
dc.date.issued | 2023-04-06 | |
dc.description.abstract | Communication during social interaction is a key factor in choosing the most fitting behavioral response in each situation. Rats vocalize at the ultrasound range (USVs) that convey information on their emotional states and contribute to engagement in social interaction. The adult vocal repertoire is developmentally established by the maturation of innate neonatal 40-kHz calls elicited under stressful situations, which evoke maternal care responses towards the pup. Because of this evoked response, the 40-kHz USVs have great weight in the pups’ survival during the first three weeks of life. Although this is a period of fast growth and great physiological changes for the pup, the majority of studies about 40-kHz USVs lack of longitudinal analyses during this critical phase of development. Understanding how emission patterns and acoustic properties change with aging can help us to identify abnormality signs of developmental disorders such as autism. Here, we analyzed the postnatal development of acoustic parameters and emission patterns of 40-kHz USVs produced by infant rats during 5 min of maternal separation at postnatal days 07, 14 and 21. We also investigate the effects of VPA exposition over vocal production. Our result showed a reduction in emissions of VPA-exposed animals and alterations in the acoustic parameters and emission patterns compared to control animals. After applying two different classification methods, a convolution neural network (CNN) and a gaussina mixture model (GMM), to spectro-temporally distinguish individual USVs, we found a significant reduction in the number of vocal classes in the animals with autistic phenotype. Complexity of emissions, measured by the degrees of possible transitions between pairs of USVs, were also dramatically reduced in those animals, indicating a less diverse vocal repertoire compared to controls. By the end of the third postnatal week, when animals were weaned, we evaluated exploratory behavior during the open-field test. VPA-treated animals showed reduced exploratory behaviors. Behavioral analyses showed a positive correlation between the amount of frequency modulated calls and exploratory behavior in the open-field, in contrast to a negative correlation between non-modulated calls and this behavior. Therefore, we conclude that VPA-exposed rats show alterations in vocal development, characterized not only by quantitative reduction in vocal production but also by altered bioacoustic and dynamical vocalization patterns, which correlates to post-weaning behavior. In conclusion, we showed through semi-automatized classification methods that 40-kHz USVs can be separated in distinct types and that such classifications have biological correspondence, since we observe significant correlations between these USV types and exploratory behaviors at the end of the third week of life. | pt_BR |
dc.description.resumo | A comunicação durante a interação social é uma fator preponderante para a escolha da resposta comportamental mais adequada em cada situação. Ratos utilizam vocalizações na faixa do ultrassom (VUSs) que transmitem informações sobre seu estado emocional e contribuem para o início e manutenção de interações sociais. O repertório vocal observado em animais adultos deriva do desenvolvimento e da maturação de vocalizações inatas de animais neonatos, as chamadas VUSs de 40-kHz. Essas VUSs são emitidas principalmente durante situações de estresse e evocam na mãe uma resposta de aproximação ao filhote e cuidado parental. Devido à essa resposta evocada, as VUSs de 40-kHz tem grande peso para a sobrevivência dos filhotes durante as três primeiras semanas de vida. Apesar deste ser um período de rápido crescimento e grandes mudanças fisiológicas para o filhote, a maioria dos estudos não analisa de forma longitudinal as VUSs de 40-kHz nesta fase crítica do desenvolvimento. Além disso, entender como as propriedades acústicas e os padrões de emissões se modificam a medida que o animal amadurece pode ajudar a identificar potenciais biomarcadores de transtornos do desenvolvimento, como o autismo. Neste estudo, analisamos as propriedades acústicas e o padrão de emissão de VUSs de 40-kHz emitidas por ratos neonatos durante 5 min de separação materna nos dias pós-natais 07, 14 e 21. Também investigamos os efeitos da exposição pré-natal ao ácido valpróico (VPA) sobre a produção vocal. Nossos resultados mostram uma redução das emissões em animais VPA e alterações nas propriedades acústicas e nos padroẽs de emissão em comparação aos animais controle. Ao aplicar duas técnicas distintas de classificação, uma rede de convolução neural (RCN) e um modelo de mistura de gaussianas (MMG), para separar espectro-temporalmente as VUS, encontramos nos animais com fenótipo autista uma redução significativa da variedade de classes emitidas. A complexidade das emissões, quantificada pelo grau de possibilidades de transições entre as VUSs, também está dramaticamente reduzida nesses animais, indicando um repertório vocal empobrecido em relação aos controles. Ao final da terceira semana pósnatal, quando os animais foram desmamados, avaliamos os comportamentos exploratórios durante o teste de campo aberto. Os animais tratados com VPA apresentam redução destes comportamentos comparados aos controles. Análises comportamentais mostraram uma correlação positiva entre VUSs com modulação da frequência e comportamentos exploratórios durante o teste de campo-aberto, em contraste com uma correlaçao negativa entre VUSs não-moduladas e tais comportamentos. Deste modo, concluímos que ratos expostos ao VPA apresentam alterações no desenvolvimento vocal, caracterizado não apenas por uma redução quantitativa de sua produção vocal mas também por padrões biocaústicos e dinâmicas de vocalização alteradas, que se correlacionam com comportamentos pósdesmame. Por fim mostramos através de métodos de classificação semi-automatizados que as VUSs de 40-kHz podem ser separadas em tipos distintos e que tais classificações apresentam correspondência biológica uma vez que observamos correlações significativas entre esses tipos de USV e comportamentos exploratórios ao final da terceira semana de vida. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | pt_BR |
dc.identifier.citation | BESSA, Rafael dos Santos de. Caracterização da produção vocal ultrassônica neonatal induzida por separação materna e avaliação de sua validade como biomarcador da atividade exploratória ao desmame em um modelo animal de autismo. Orientador: Dr. Rodrigo Neves Romcy Pereira. 2023. 157f. Tese (Doutorado em Neurociências) - Instituto do Cérebro, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56860 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIAS | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Autismo - modelo animal | pt_BR |
dc.subject | Desenvolvimento pós-natal - ratos | pt_BR |
dc.subject | Vocalização animal - VUSs 40-kHZ | pt_BR |
dc.subject | Classificação de VUSs | pt_BR |
dc.subject | Comportamento animal - teste de campo aberto | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::OUTROS::CIENCIAS | pt_BR |
dc.title | Caracterização da produção vocal ultrassônica neonatal induzida por separação materna e avaliação de sua validade como biomarcador da atividade exploratória ao desmame em um modelo animal de autismo | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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