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Title: Neurofisiologia hipocampal durante sessões de sono intercaladas por exploração espacial: Reverberação do passado ou predição do futuro?
Authors: Belchior, Hindiael Aeraf
Keywords: Aprendizado espacial;Sono;Memória;Previsão de futuro
Issue Date: 17-Apr-2009
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: BELCHIOR, Hindiael Aeraf. Neurofisiologia hipocampal durante sessões de sono intercaladas por exploração espacial: Reverberação do passado ou predição do futuro?. 2009. 73 f. Dissertação (Mestrado em Estudos de Comportamento; Psicologia Fisiológica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2009.
Portuguese Abstract: A capacidade de prever ameaças ou recompensas futuras é crucial para a sobrevivência. Estudos recentes têm investigado a predição de eventos futuros pelo hipocampo. Neurônios hipocampais exibem robusta seletividade para localização do animal no espaço. Assim, a atividade desses neurônios representa um mapa cognitivo do espaço durante a navegação e também durante o planejamento ou retrospectiva de navegação. Tal seletividade permite o envolvimento do hipocampo na formação de memórias espaciais e episódicas, incluindo o ordenamento de eventos sequenciais. Por outro lado, a descoberta de atividade reverberante em múltiplas áreas cerebrais durante os sonos de ondas lentas e REM revela o papel do sono na consolidação de traços de memória recém adquiridos na vigília. Até o momento, não há estudos investigando se a atividade de neurônios hipocampais durante o sono pode prever mudanças ambientais regulares. O objetivo deste estudo foi analisar a atividade de populações de neurônios hipocampais durante sessões de sono intercaladas por exploração espacial, em que a localização da recompensa muda de forma previsível a cada bloco da tarefa. Para isso, realizamos o implante crônico de uma matriz de 32 eletrodos na região de CA1 do hipocampo em três ratos machos da linhagem Wistar. Com a intenção de induzir a atividade de diferentes subgrupos de neurônios a cada ciclo de tarefa, submetemos os animais a quatro blocos de exploração espacial de um labirinto em cruz em que a recompensa era oferecida apenas em um braço a cada bloco. A localização da recompensa mudava a cada bloco, percorrendo todos os braços ao final da sessão diária. Os animais foram registrados por 2-12 dias consecutivos. Durante a exploração do labirinto em cruz, 67,5% dos neurônios registrados apresentaram diferenças de taxas de disparo entre os quatro braços do labirinto. Além disso, em média, 42% dos neurônios apresentaram grau elevado de sincronia entre pares neuronais (R>0,3) em cada braço. Isso nos permitiu selecionar subgrupos de neurônios representativos para cada braço do labirinto e analisar a atividade desses subgrupos durante as sessões de sono. Observamos que os subgrupos de neurônios selecionados por diferenças na taxa de disparo durante exploração dos braços mantêm as taxas de disparo diferenciadas nas sessões de sono. O mesmo não ocorre para subgrupos selecionados por sincronia. Além disso, os níveis de similaridade das sessões de sono com os padrões de cada braço foram maiores usando toda a população de neurônios, do que usando subpopulações selecionadas por taxa ou sincronia. A atividade da população, ou de subpopulações, de neurônios hipocampais durante as sessões de sono não apresentou similaridade diferente entre os quatro braços do labirinto em cruz. Entretanto, verificamos que as sessões de sono pré-exploração apresentam maiores níveis de similaridade com a atividade do braço alvo do que as sessões de sono pós-exploração. Ou seja, a atividade neural do sono que antecede a tarefa reflete mais fortemente a localização da recompensa do que a atividade do sono subsequente a tarefa. Nossos resultados sugerem que a atividade neural durante o sono pode prever mudanças ambientais regulares.
Abstract: The ability to predict future rewards or threats is crucial for survival. Recent studies have addressed future event prediction by the hippocampus. Hippocampal neurons exhibit robust selectivity for spatial location. Thus, the activity of hippocampal neurons represents a cognitive map of space during navigation as well as during planning and recall. Spatial selectivity allows the hippocampus to be involved in the formation of spatial and episodic memories, including the sequential ordering of events. On the other hand, the discovery of reverberatory activity in multiple forebrain areas during slow wave and REM sleep underscored the role of sleep on the consolidation of recently acquired memory traces. To this date, there are no studies addressing whether neuronal activity in the hippocampus during sleep can predict regular environmental shifts. The aim of the present study was to investigate the activity of neuronal populations in the hippocampus during sleep sessions intercalated by spatial exploration periods, in which the location of reward changed in a predictable way. To this end, we performed the chronic implantation of 32-channel multielectrode arrays in the CA1 regions of the hippocampus in three male rats of the Wistar strain. In order to activate different neuronal subgroups at each cycle of the task, we exposed the animals to four spatial exploration sessions in a 4-arm elevated maze in which reward was delivered in a single arm per session. Reward location changed regularly at every session in a clockwise manner, traversing all the arms at the end of the daily recordings. Animals were recorded from 2-12 consecutive days. During spatial exploration of the 4-arm elevated maze, 67,5% of the recorded neurons showed firing rate differences across the maze arms. Furthermore, an average of 42% of the neurons showed increased correlation (R>0.3) between neuronal pairs in each arm. This allowed us to sort representative neuronal subgroups for each maze arm, and to analyze the activity of these subgroups across sleep sessions. We found that neuronal subgroups sorted by firing rate differences during spatial exploration sustained these differences across sleep sessions. This was not the case with neuronal subgroups sorted according to synchrony (correlation). In addition, the correlation levels between sleep sessions and waking patterns sampled in each arm were larger for the entire population of neurons than for the rate or synchrony subgroups. Neuronal activity during sleep of the entire neuronal population or subgroups did not show different correlations among the four arm mazes. On the other hand, we verified that neuronal activity during pre-exploration sleep sessions was significantly more similar to the activity patterns of the target arm than neuronal activity during pre-exploration sleep sessions. In other words, neuronal activity during sleep that precedes the task reflects more strongly the location of reward than neuronal activity during sleep that follows the task. Our results suggest that neuronal activity during sleep can predict regular environmental changes
URI: http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/17278
Appears in Collections:PPGPSICO - Mestrado em Psicobiologia

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