Atualmente, existem cerca de 7.000 línguas faladas em todo o mundo, muitas das quais são tão distintas que tornam inviável a comunicação eficiente entre diferentes grupos. A migração massiva de indivíduos, a ocupação de nichos ecológicos variados, o isolamento geográfico entre comunidades, a plasticidade vocal e a prosocialidade são considerados fatores fundamentais para a diversidade linguística na humanidade. Caso esta hipótese esteja correta, poderíamos esperar que outras espécies exibindo características semelhantes também apresentassem uma diversidade na estrutura de comunicação, isto é, possuíssem dialetos. Os saguis (Callithrix jacchus) têm explorado diferentes nichos ecológicos, demonstram plasticidade vocal e estão entre as poucas espécies de primatas reconhecidas por sua pró-sociabilidade. Neste projeto, investigamos possíveis diferenças vocais entre dois grupos selvagens de saguis (Callithrix jacchus), denominados Água e Bosque, que são animais de vida livre na Floresta Nacional de Açú e não interagem entre si. Utilizamos métodos de gravação acústica passiva, com gravadores fixados nas árvores de repouso e dormida, minimizando a interação direta com os animais e permitindo a captura de vocalizações ao longo de um ano. Nossos dados revelam que a temperatura influencia a duração das vocalizações dos grupos ao longo do ano, das estações e do dia, de modo que, em temperaturas mais elevadas, os animais diminuem a duração das vocalizações, adotando possivelmente uma estratégia de conservação de energia. Contudo, ao comparar a duração das vocalizações entre os grupos, não há diferença estatisticamente significativa ao longo do ano, nem entre as estações seca e chuvosa. Assim, pode-se concluir que os dois grupos de saguis (Callithrix jacchus) apresentam semelhanças vocais, resultando em vocalizações com durações similares ao longo do ano.

A frequência de oscilação é fundamental para sincronizar (e romper) a sincronização neuronal. Neste estudo, registramos a atividade de disparo em locais correspondentes a pontos distintos no mapa visual de V1 em Macacos-Capuchinhos (N= 195 sítios de registro em 3 macacos). Nossos resultados confirmam e aprofundam resultados anteriores no Resos (Lima et al., 2010, limitados a registros de LFP), mostrando que a frequência de oscilação gamma é sistematicamente maior na representação central (média 66,3 Hz ± 2.09 SEM) em comparação com a representação periférica do campo visual (51.9 Hz ± 1.98). Em nosso estudo, pudemos registrar tanto na representação foveal (1°) quanto na periferia distante para medir os efeitos na frequência de oscilação quando a magnificação cortical era maior, variando sistematicamente propriedades do estímulo (grades em movimento) como a orientação, velocidade, frequência espacial e tamanho.
Nossos resultados oferecem uma interpretação alternativa aos achados de Murty et al. (J. Neurosci, 2018), que sugerem a existência de dois ritmos gama distintos em V1, dependendo do tamanho do estímulo. Componentes de baixa frequência originados na periferia de V1 (calcarina, gama lenta) poderiam se propagar para a região de representação central (opérculo, gama rápida) por condução de volume. Como discutimos nesse trabalho, os dois ritmos gama devem ser concebidos não como desempenhando um papel complementar no processamento visual, mas como um mero epifenômeno da disposição topológica do circuito cortical subjacente.

Um aspecto fundamental da comunicação humana é a fala flexível, que há muito se acredita ser exclusiva dos humanos entre os primatas. Entretanto, descobertas recentes sugerem que alguns primatas não humanos, como os saguis, também apresentam plasticidade vocal. A investigação dos correlatos neurais da flexibilidade vocal em saguis pode fornecer uma visão de suas origens em humanos devido às homologias cerebrais. Dentre as áreas cerebrais relacionadas ao comportamento vocal, muito se sabe das contribuições corticais, porém a função das regiões subcorticais é muito menos conhecida. Em particular, os gânglios da base estão relacionados à escolha/início de ações, ao controle motor fino e ao aprendizado de sequências motoras; portanto, é provável que sejam relevantes para a flexibilidade vocal. Aqui, usando dados histológicos coletados anteriormente e métodos estereológicos, testamos a hipótese de que o núcleo caudado e o putâmen, nos gânglios da base, são ativados durante a comunicação vocal e usamos a expressão do gene imediato egr-1 para mapear sua ativação em três grupos de saguis. O primeiro grupo não vocalizou durante o teste (C), o segundo grupo ouviu vocalizações de reprodução, mas não vocalizou (H/O), e o terceiro grupo ouviu chamadas de reprodução e vocalizou (H/V). Observamos um aumento na expressão de erg-1 em ambas as áreas na condição H/O em comparação com a condição C e um aumento ainda mais significativo na expressão de erg-1 nas mesmas áreas na condição H/V em comparação com a condição H/O. Para garantir a especificidade das alterações observadas, comparamos as células que expressam erg-1 nas áreas sensoriais e motoras primárias, não encontrando diferença significativa entre as três condições. Além disso, quantificamos a locomoção durante a hora que antecedeu o ponto final do experimento para descartar discrepâncias de movimento como explicação para as diferenças observadas entre os grupos na expressão de erg-1, sem encontrar correlação entre locomoção e variação de expressão. Nossos resultados indicam a ativação dos gânglios basais durante a audição e a produção da vocalização, independentemente de outras áreas cerebrais e movimentos corporais, o que corrobora nossa hipótese. A relevância dos gânglios basais no aprendizado vocal de aves canoras, juntamente com nossas descobertas em saguis, sugere sua importância na compreensão da evolução do aprendizado vocal.

A exposição a ruídos altos pode gerar zumbido induzido por ruído em humanos e animais. Vários estudos observaram que a exposição ao ruído (NE) pode alterar a atividade neuronal de muitos, senão de todos os núcleos auditivos, incluindo o córtex auditivo primário (A1). Apesar do A1 fornecer importante feedback descendente aos núcleos da via auditiva, ainda pouco se sabe sobre como a NE afeta as propriedades eletrofisiológicas de membrana de tipos específicos de neurônios no A1. Aqui, fizemos registro de propriedades de disparo de células piramidais (PCs) e células Martinotti (MCs) da camada 5 (a principal camada de output cortical) do A1 em condições de controle ou uma semana após uma superexposição ao ruído (4-18 kHz, 90 dBs, 1,5 h, seguido de 1,5 h de silêncio). Além disso, os registros controle de MCs do A1 foram comparados aos registros controle de MCs do córtex motor primário (M1) para elucidar as especulações sobre a existência de subtipos morfo-elétricos de MCs em L5. Subtipos eletrofisiológicos de células piramidais e MCs foram identificados utilizando análise de componentes principais (PCA) e clustering, em combinação com marcadores genéticos para as MCs. Nossos dados mostraram que a NE altera a frequência de disparo das PCs em L5 em direções opostas após as injeções de corrente de despolarização, onde as PCs do Tipo A tiveram uma diminuição na frequência de disparo inicial (p = 0,02) e de disparo em estado estacionário (p = 0,050) e as PCs do Tipo B tiveram um aumento significativo na frequência de disparo em estado estacionário (p = 0,048). Também notamos que as MCs em A1 mostraram um aumento significativo na frequência de disparo inicial (p = 8,5 × 10 −5 ) e em estado estacionário (p = 6,3 × 10 −5 ) após a superexposição ao ruído. Ao comparar grupos controle de MCs na L5 de A1 e M1 observamos, através da análise de PCA, a formação de dois clusters com base nas 14 propriedades de membrana avaliadas. Nomeamos os grupos de MCs do Tipo 1 e MCs do Tipo 2 e, eles diferiram significativamente em 10 parâmetros para A1 e 11 parâmetros para M1, mostrando que as MCs na L5 do córtex não são um grupo homogêneo e podem ser subdivididos em duas classes principais. Em conclusão, observou-se que a alta NE causa efeitos distintos nas PCs do Tipo A e do Tipo B e também nas MCs inibitórias, o que parece alterar a atividade de feedback descendente e contralateral no sistema auditivo. As diferenças nas propriedades eletrofisiológicas de diferentes MCs após a superexposição ao ruído também foram analisadas nesta tese. E, o fato das MCs em L5 de diferentes áreas corticais apresentarem características surpreendentemente semelhantes, é um primeiro passo na direção de uma melhor classificação deste importante interneurônio inibitório. Finalmente, é importante estudar como a  superexposição ao ruído pode afetar as propriedades da membrana neuronal, uma semana após um estímulo de ruído alto, a um nível celular para que assim se possa desenvolver opções de tratamento para restaurar o nível normal de atividade dentro do A1.

Desde 2015, o aumento dos casos de infecção congênita pelo vírus Zika (ZIKV) tem despertado grande interesse da comunidade científica, especialmente no Brasil. A infecção resulta em várias lesões e malformações no sistema nervoso central (SNC). Os fenótipos resultantes são diversos, com pacientes exibindo diferentes graus de comprometimento. Muitos pacientes com síndrome congênita do Zika vírus (CZVS) desenvolvem malformações progressivas, mesmo após o nascimento e a cessação dos sinais de infecção pelo ZIKV. Esses achados sugerem que o ZIKV provoca inflamação do tecido neural que pode persistir por um período prolongado. O sistema glinfático, responsável pela remoção de produtos do metabolismo celular e outras moléculas do ISF e CSF, é essencial para a homeostase do tecido neural. A formação do sistema glinfático ocorre após a gênese de vasos dentro do parênquima, a diferenciação das células de glia radial em astrócitos e a formação de extensões dos astrócitos junto à barreira hematoencefálica (BBB). Pesquisas recentes indicam que o ZIKV infecta astrócitos em desenvolvimento, podendo afetar a formação de suas projeções ao redor dos vasos sanguíneos. Embora haja indícios de que o vírus altere o sistema glinfático, ainda não foram realizados estudos para testar o efeito dessa infecção. Portanto, neste estudo, caracterizamos o impacto da infecção por ZIKV na gliogênese e no desenvolvimento do sistema glinfático. Observamos que a severidade dos sintomas da infecção está relacionada à idade e à carga viral administrada. Nosso modelo de infecção reproduziu alterações morfológicas e estruturais similares às observadas em crianças com CZVS. Além disso, detectamos que a infecção por ZIKV altera a dinâmica do fluxo de CSF e a expressão de Aqp4, sugerindo uma disfunção do sistema glinfático.

A alternância de longos episódios de sono quieto interrompidos ritmicamente por episódios curtos de sono ativo, um padrão que antes se pensava ser exclusivo dos amniotas, foi recentemente relatado em alguns invertebrados, como na drosófila, na aranha saltadora e no cuttlefish. Porém, estudos que apontam a existência de um padrão cíclico de distintas fases do sono foram realizadas em animais cativos, em condições de laboratório. Isso deixa questões em aberto no que diz respeito ao ciclo natural do sono dos invertebrados e como este é afetado por fatores ambientais. Para investigar detalhadamente a estrutura comportamental do sono em cefalópodes, gravamos vídeos ininterruptos (de 12 horas, em 4 dias consecutivos) do comportamento em laboratório de quatro espécimes adultos de Octopus insularis, polvo bentônico comum no Atlântico ocidental tropical. Os animais foram capturados em Pirangi (6°0’14.29”S, 35° 6’21.01”O) e mantidos em tanques de tamanho 1,0 x 0,7 x 0,6 metros, na cidade Natal/RN. Em seguida, quantificamos diversas variáveis durante cada um dos estados comportamentais, bem como durante as transições entre os estados. Mudanças na cor e textura da pele, movimentos dos olhos e do manto, foram avaliadas usando ferramentas automatizadas de processamento de imagens, desenvolvidas para este fim. Para medir o limiar de alerta em cada estado, foi mensurada a latência da resposta comportamental a estímulos sensoriais. Foram identificados dois estados comportamentais distintos de ausência de reatividade à estimulação. O primeiro foi um estado de sono quieto caracterizado por pele uniformemente pálida, pupilas fechadas e episódios com longa duração (mediana 415,2 s). O segundo foi um sono ativo caracterizado por padrões dinâmicos de cor e textura da pele, movimentos oculares rápidos e episódios de curta duração (mediana 40,8 s). O sono ativo foi periódico (60% das recorrências entre 26-39 min) e ocorreu principalmente após o sono quieto (82% das transições). Estes resultados sugerem que cefalópodes apresentam um ciclo de sono ultradiano análogo ao dos amniotas. Para comparar esses resultados com dados obtidos em ambiente natural, estabelecemos uma colaboração para analisar dados já existentes sobre o comportamento de Octopus insularis, registrado de forma minimamente invasiva por câmeras remotas posicionadas nas entradas das tocas, nas ilhas caribenhas Turks e Caicos (21.5112°N, 71.5190°O). Foram registrados 10 espécimes adultos durante o dia e a noite (total de 240 horas). Os resultados mostram que todos os animais apresentaram um padrão de sono cíclico surpreendentemente semelhante ao padrão observado em laboratório, com uma alternância periódica de episódios de sono quieto (mediana 643,2 s) e sono ativo (mediana 37,8 s), com episódios de sono quieto precedendo episódios de sono ativo 98% das vezes. Observamos ainda que os animais se encontraram em sono (tanto quieto quanto ativo) durante 44% do tempo amostrado, o que demonstra que o sono ocupa uma fração substancial do tempo de vida adulta em O. insularis. A documentação e quantificação do sono cíclico em espécimes de O. insularis, investigados tanto em laboratório quanto em ambiente natural, ajuda a compreender as pressões seletivas que impulsionaram a evolução do ciclo de sono em cefalópodes.

A elaboração do enredo onírico envolve a combinação de diferentes fragmentos de memória. Uma das teorias sobre os sonhos, sob a ótica evolutiva darwiniana, sugere que, no ambiente ancestral, os sonhos atuavam como um espaço seguro para simular ameaças enfrentadas na vigília, conferindo uma vantagem em termos de sobrevivência. Outra teoria propõe que, por meio de mecanismos neuropsicológicos, os sonhos desempenham um papel fundamental na regulação emocional, particularmente no controle de emoções como o medo. Durante o sono, especialmente no estágio de sono REM, ocorrem modulações de circuitos neurais associadas à expressão gênica de experiências vividas na vigília, o que favorece a formação e consolidação de memórias. Esse estágio do sono é marcado por uma maior quantidade de sonhos mais complexos. Nesse contexto, o conteúdo onírico poderia funcionar como um marcador útil para compreender a relação entre eventos significativos da vigília e o estado emocional e cognitivo do sonhador. Além disso, o atraso de fase, típico da adolescência, gera uma tendência à vespertinidade, criando um descompasso entre o relógio biológico e as exigências sociais, como os horários escolares, o que pode resultar em mudanças comportamentais e prejudicar o desempenho acadêmico. Este estudo analisou a relação entre sono, sonhos, estados de humor, hábitos, pandemia, por meio de dados coletados utilizando questionários, e o resultado do desempenho acadêmico em jovens durante o período de um exame nacional. Como metodologia, parte dos participantes utilizou actímetros (dispositivos semelhantes a relógios de pulso), para monitorar padrões de atividade-repouso durante o período do exame. Os relatos de sonhos foram coletados e analisados em termos de frequência, conteúdo e valência emocional. A análise dos dados incluiu procedimentos estatísticos descritivos e inferenciais, como análises de variância com testes post-hoc, modelos lineares generalizados (GLM). Uma análise hierárquica por clusters foi realizada para agrupar padrões de variáveis relacionadas ao sono, sonhos, estados de humor e desempenho acadêmico. Os resultados indicam uma prevalência de sonhos negativos antes do primeiro dia de exame, o que pode estar associado a teoria onírica de regulação emocional, bem como uma pior qualidade do sono e sonhos ruins no último mês como principais preditores do desempenho no exame junto ao impacto da pandemia de Covid-19 na rotina de sono. O estudo oferece insights sobre a necessidade de intervenções focadas em promover uma melhor qualidade do sono e regulação emocional em populações jovens, especialmente em contextos de alta pressão, como exames seletivos, contribuindo para o entendimento da interação entre aspectos neurobiológicos e emocionais no desempenho acadêmico

A ansiedade é caracterizada como um estado de percepção de ameaças que podem levar ao perigo. É considerada um comportamento evolutivamente adaptativo que resulta em diferentes alterações fisiológicas. A resposta emocional evocada pela ansiedade causa ativação de áreas cerebrais e coordenação temporal da neuromodulação. Nos últimos 20 anos, estudos mostraram que mudanças na atividade do hipocampo, amígdala e córtex pré-frontal (PFC) estariam relacionadas a respostas de medo e ansiedade. Acredita-se que as conexões entre essas áreas sejam coordenadas pelas oscilações teta (~ 6 - 12 Hz). No entanto, achados recentes mostraram que uma rede maior poderia estar relacionada à modulação da ansiedade, que seria orquestrada pelas projeções do bulbo olfatório (OB) para o PFC. Tanto o OB quanto o PFC exibem oscilações neuronais que se sincronizam com a fase do ciclo respiratório que são denominados ritmos respiratórios (RR) devido à sua co-variabilidade na frequência de pico com a frequência respiratória. Estes referem-se às oscilações do potencial de campo local (LFP) juntamente com a respiração e não ao processo mecânico de respiração em si. As frequências de LFP mais baixas apresentam-se como um mecanismo de comunicação de longo alcance através da sincronização de regiões corticais do cérebro durante diferentes estados comportamentais, o que poderia ser o caso da RR. Neste trabalho, buscamos entender como as mudanças no ciclo respiratório poderiam influenciar o aparecimento dessas oscilações e como elas poderiam estar relacionadas ao estado comportamental durante a ansiedade. Para isso, registramos a respiração por pressão intranasal junto com o LFP do PFC medial (cingulado, pré-límbico e medial orbital), OB e córtex parietal de 7 ratos Wistar machos enquanto eles se comportavam livremente no labirinto em cruz elevado (EPM). Descobrimos que a frequência respiratória muda dependendo do estado comportamental (ansioso vs não ansioso) e da atividade locomotora. Além disso, verificamos que mudanças no espectro de potência do LFP também dependem do estado comportamental e refletem mudanças na atividade respiratória. Por fim, observamos que RR se encontra durante estados mais ansiosos na mesma faixa de frequência de teta. Nós hipotetizamos que o teta descrito anteriormente durante estados ansiosos pode ter sido confundido com RR, e que esse ritmo pode coordenar a comunicação de longo alcance no cérebro, sendo encontrado tanto no cérebro frontal como em regiões mais distantes como o córtex parietal.

Anestésicos gerais são onipresentes na prática médica, mas os mecanismos celulares que promovem amnésia, analgesia, imobilidade e inconsciência modulando canais iônicos dependentes de voltagem e ligantes ainda são pouco compreendidos. Estudos recentes começam a mostrar a diversidade de diferentes anestésicos na regulação de canais iônicos específicos e que neurônios piramidais corticais são afetados por concentrações mais baixas do que interneurônios. Isso destaca que a anestesia geral não segue um mecanismo "geral", mas depende da escolha de anestésicos com efeitos específicos ao tipo celular que precisam ser estudados caso a caso. Por exemplo, os efeitos eletrofisiológicos de anestésicos voláteis, como o sevoflurano, são especialmente difíceis de estudar em preparações in vitro, no entanto, modelos biofísicos preveem a estabilização do estado aberto de canais de K+ dependentes de voltagem de baixo limiar (KV1.2). Aqui, tentamos dar um primeiro passo na identificação do perfil eletrofisiológico do sevoflurano em neurônios piramidais da camada 5 (L5 PNs) do córtex auditivo de camundongos adultos. Aplicamos sevoflurano passando a mistura de carbogênio através de um vaporizador para anestésico volátil, oxigenando e solubilizando o sevoflurano no líquido cefalorraquidiano artificial (aCSF) usado para gravações de patch-clamp de célula inteira. A concentração de sevoflurano em aCSF foi quantificada usando cromatografia gasosa-espectrometria de massa. Além disso, subdividimos os L5 PN em células do tipo A e B com base nas respostas a pequenos passos de corrente despolarizante e hiperpolarizante, uma vez que os L5 PNs do tipo A e B apresentam diferenças sutis nas propriedades da membrana que podem ser moduladas pelo sevoflurano. A quantificação das propriedades passivas e ativas da membrana antes e após a aplicação de sevoflurano em baixa dose (aproximadamente 22 µM) mostrou uma diminuição na frequência de disparo para ambos os tipos de células e um efeito específico de despolarização do limiar do potencial de ação do tipo A PNs (APthreshold no aCSF: -36.31 ± 0.94 mV; média ± E.P.M.; em sevo: -21.75 ± 4.39 mV; p = 0.009; n = 8 células) e aumento da meia-largura do potencial de ação do tipo B PNs (APHalf-width aCSF: 1.80 ± 0,13 ms; sevo: 2,29 ± 0.23; p = 0.041; n = 10). Gravações estáveis após a lavagem do sevoflurano restauraram parcialmente a frequência máxima inicial de disparo, o limiar do potencial de ação para o tipo A e a meia-largura do potencial de ação para o tipo B L5 PNs. Nossos resultados preliminares concluem que o sevoflurano diminui a frequência de disparo de ambos os tipos de L5 PNs, no entanto, as propriedades da membrana são afetadas diferencialmente dependendo do tipo celular. Este trabalho mostra pela primeira vez o efeito direto do sevoflurano em células piramidais corticais da camada 5 e contribui para o entendimento celular do mecanismo de ação dos anestésicos voláteis

O comportamento motor envolve o controle adaptativo do movimento e depende de mecanismos provenientes da percepção e cognição que planejam e executam diferentes ações complexas de movimentos de natureza inata ou adquiridos pela aprendizagem. Os hormônios esteroides, por sua vez, atuam como fatores de transcrição participando em vias de sinalização e modulação de funções neurais, entre elas a função motora. Evidências demonstram que os esteroides sexuais influenciam a neurotransmissão no sistema nervoso central, afetando a qualidade do desempenho feminino em tarefas motoras, destacando a importância da inibição e do controle motor no comportamento humano. O presente estudo investigou se a atividade cortical e variáveis relacionadas a atividade muscular esquelética apresentam mudanças nas fases do ciclo menstrual (menstrual, folicular e luteal) em 30 mulheres durante um Protocolo Go/No-Go. Esse teste incluiu pares de estímulos auditivos (1º estimulo = S1; 2º estimulo = S2) que foram agrupados em dois tipos gerais: centrado
em S1 e centrado em S2. Na tarefa centrada em S1, a decisão é tomada após S1 e a execução/inibição motora ocorre após S2. Nas tarefas centradas em S2, a tomada de decisão e execução ou inibição ocorre somente após S2. A atividade cortical foi registrada por meio de eletroencefalografia (EEG) e analisados os ritmos alpha (8- 13Hz), beta (15-30Hz) e beta 1 (15-23Hz), nas regiões frontal medial (Fz), central esquerda (C3) e central direita (C4). As relações entre essas medidas de EEG e os resultados comportamentais Go/No-Go e ERSPs foram avaliadas. A atividade comportamental diferiu significativamente no tempo de reação e acurácia entre os
protocolos S1 e S2, sem qualquer interação com as fases do ciclo menstrual. Foi encontrada uma correlação positiva moderada entre o tempo de reação e os níveis de progesterona no protocolo centrado em S1. Mudanças na atividade cerebral, com a geração da beta-ERS durante a iniciação do movimento na região frontal medial indicou um provável aumento no controle da inibição motora associado a níveis diminuídos de HSFs encontrados na fase menstrual. Ademais, as oscilações beta e alpha na região central esquerda foram significativamente mais acentuadas nas fases folicular e luteal sugerindo uma modulação decorrente da elevação dos hormônios sexuais, estradiol e progesterona, no processamento e execução de tarefas motoras.
Em resumo, este estudo pioneiro evidencia variações na cognição motora ao longo do ciclo menstrual em tarefas Go/No-Go, que poderão ter implicações na otimização do desempenho motor e na reabilitação de mulheres durante o período reprodutivo, fornecendo uma base importante para futuras pesquisas e intervenções clínicas.

A respiração é um ritmo essencial para a vida, e o principal sistema que mamíferos terrestres utilizam para sentir o cheiro do mundo ao redor. Ciclos respiratórios carregam passivamente moléculas odorantes que se ligam aos receptores olfatórios no epitélio olfativo, e cada ciclo é suficiente como uma unidade da sensação do odor. Também sabe-se hoje em dia que a respiração modula a atividade cerebral. Em 1942, o trabalho de Edgar Adrian mostrou que o fluxo rítmico de ar no epitélio olfativo do porco-espinho gera oscilações no bulbo olfatório. Trabalhos recentes em roedores mostraram que oscilações neurais sincronizadas à atividade respiratória ocorrem não apenas no bulbo olfatório, mas em áreas mais distantes no cérebro, como os córtices pré frontal e visual, e em áreas subcorticais, como o hipocampo e a amígdala. De forma intrigante, estes ritmos respiratórios distribuídos não estão presentes continuamente. Ao contrário, o acoplamento entre a atividade neural e a respiração dentre as áreas cerebrais muda dramaticamente com o tempo. Estudos anteriores mostraram que o poder dessas oscilações acopladas à respiração é maior em áreas frontais. Para entender essa dinâmica, nós gravamos, simultaneamente, vídeo de profundidade, junto à respiração (pressão intranasal) e sinais cerebrais distribuídos (córtices cingulado anterior, pré límbico, orbitofrontal medial e parietal, e o bulbo olfatório) em 6 ratos enquanto se comportavam espontaneamente num campo aberto enriquecido (21 sessões de 30 minutos cada).

Os animais mostraram um rico repertório comportamental, indo de imobilidade (sono presumido) à locomoção, comportamento de autolimpeza, rearing, e exploração de objetos. Nesta tese, vamos apresentar e discutir resultados sobre a modulação, pela respiração, de frequências altas e baixas do potencial de campo local (LFP) de áreas frontais do cérebro de ratos. Nós vamos mostrar como a magnitude dessa modulação depende fortemente da frequência respiratória dos ratos, e da área registrada. Nós descobrimos que todas as frequências respiratórias modulam a atividade do LFP em todas as áreas, com uma modulação mais forte em componentes de frequência mais baixa do LFP no bulbo olfatório e uma modulação mais forte em componentes de frequência mais alta do LFP (gamma) no córtex orbitofrontal medial. 

Para entender melhor as possíveis modulações da força do acoplamento entre o sinal neural e a respiração, nós detectamos e selecionamos estados comportamentais dos animais, e quantificamos o acoplamento neural à respiração para cada um deles. Nós achamos uma modulação significativa do LFP, pela respiração, em todos os comportamentos, com uma maior modulação no comportamento de autolimpeza. Os resultados mostrados aqui podem ajudar a entender melhor algumas peças desse quebra cabeça, e vão levantar mais questões sobre como e quando a respiração modula a atividade neural do cérebro frontal.

No córtex visual primário, as conexões do corpo caloso mantêm seletividade para características visuais específicas em regiões homólogas dos hemisférios. Sua posição central permite comparar atividades intra- e inter-hemisféricas, representando trajetórias de movimento que cruzam o meridiano vertical do campo visual. Assim, as conexões horizontais de longo alcance permitem a dedução de formas e movimentos, seguindo os princípios de Gestalt que refletem a arquitetura funcional. Para verificar essas interações, foram registrados neurônios simultaneamente com duas matrizes de eletrodos, com dezesseis canais cada uma, implantadas em partes homotópicas do córtex visual, ou seja, a zona de transição entre área 17 e 18, em gatos (n = 4), selecionadas a partir de imagens de sinal intrínseco. Os registros eletrofisiológicos foram feitos antes e durante a estimulação visual com gratings e cenas naturais, projetados para estudar essa integração inter-hemisférica. A análise foi feita por coerência de lowgamma (30-59 Hz) entre os pares de neurônios com campos receptivos sobrepostos; pelo fator Fano e pela identificação de assembleias neuronais. Foi encontrada coerência significativa 20% maior em pares intra- do que entre pares inter-hemisféricos, aumentando em 15% onde a atividade sem estímulo e a evocada mostram coerência significativa, ambas com seletividade de orientação e direção. Ainda, o fator Fano se mostrou maior nos pares intra-hemisféricos e com preferências opostas de seletividade, ou seja, com mais variação que pares com mesma preferência e inter-hemisféricos. Quanto às assembleias neuronais, foi identificado tanto intra- como inter-hemisféricas, ambas com seletividade direcional. Para gratings, houve diferença significativa entre os dois tipos de assembleias em condições verticais, com maior atividade nas assembleias intra-hemisféricas e para cenas naturais, ambas os tipos tiveram atividades semelhantes, mas maior ativação nas inter-hemisféricas. Em conclusão, foram identificadas coerências entre pares de neurônios e assembleias inter-hemisféricas em V1, refletindo seletividade de axônios horizontais que ligam neurônios com resposta semelhantes em longas distâncias, antecipando agrupamento entre neurônios que representam o meridiano vertical.

Descargas excitatórias síncronas do córtex entorrinal (CE) para o giro denteado (GD) geram padrões rápidos e proeminentes no potencial de campo local (PCL) do hilo, chamados de espículas denteadas (EDs). Assim como o complexo de ondulações rápidas em onda lenta aguda na região CA1, as EDs ocorrem mais provavelmente em estados comportamentais de quietude, quando acredita-se ocorrer a consolidação de memórias. No entanto, seu papel nos processos mnemônicos ainda não foi elucidado. A classificação das EDs em tipos 1 ou 2 é determinada por sua origem no CE lateral ou medial, conforme revelado pela análise de densidade de fonte de corrente (DFC), que requer registros a partir de sondas lineares com múltiplos eletrodos abrangendo as camadas do GD. De modo a permitir a investigação do papel funcional de cada tipo de ED em dados obtidos a partir de registros de eletrodo único e tetrodo, que são abundantes no campo, desenvolvemos um método não supervisionado usando modelos de misturas gaussianas para classificar tais eventos com base em suas formas de onda. Nossa abordagem de classificação alcançou alta acurácia (> 80%) quando validada em 8 camundongos com perfis laminares do GD. As medidas das DFCs médias, dos perfis das formas de onda, das taxas e das larguras dos tipos de ED obtidos por meio de nosso método se assemelharam àquelas derivadas da classificação baseada em DFC. Como uma aplicação, usamos a técnica para analisar PCLs de eletrodos únicos de camundongos inseridos com os genes que expressam a apolipoproteína (apo) E3 e a apoE4. Observamos que este último grupo, que serve de modelo para a doença de Alzheimer, exibiu EDs de ambos os tipos mais amplas desde tenra idade, com um tamanho de efeito maior para as EDs do tipo 2, provavelmente refletindo alterações patofisiológicas precoces na rede CE-GD, como hiperatividade. Além da aplicabilidade do método na expansão do estudo dos tipos de ED, nossos resultados mostram que suas formas de onda carregam informação sobre suas origens, sugerindo diferentes dinâmicas de rede subjacentes e funções no processamento de memórias.

A doença de Alzheimer (AD) é o principal tipo de demência e representa um desafio significativo à saúde pública mundial. Ela é caracterizada por um declínio progressivo da cognição, da memória e das funções comportamentais e afeta mais de 55 milhões de pessoas em todo o mundo. Em nível molecular, o Alzheimer é definido pela presença de emaranhados neurofibrilares (NFTs) agregados nos neurônios e pelo acúmulo de placas de amiloide-β (Aβ) no cérebro. Essas características patológicas estão associadas a alterações na atividade neuronal, perda de sinapses, gliose e neuroinflamação, levando à neurodegeneração irreversível. A etiologia e a fisiopatologia da doença de Alzheimer envolvem uma interação complexa entre fatores genéticos e ambientais.

Nos últimos anos, Genome-Wide Association Studies (GWAS) identificaram com sucesso mais de 75 loci genéticos com polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) associados ao risco de AD. Entre esses loci, variações genéticas não sinônimas no locus do gene Protein tyrosine kinase 2 beta (PTK2B) foram associadas a um maior risco de desenvolver AD e acredita-se que regulem a expressão de PTK2B. Entretanto, as funções fisiológicas e fisiopatológicas de PTK2B não são totalmente compreendidas. No cérebro humano, a expressão de PTK2B é observada principalmente em neurônios glutamatérgicos e essa expressão diminui durante a progressão da AD. Essa expressão reduzida de PTK2B no cérebro de pacientes com AD pode contribuir para as disfunções neuronais observadas na doença, como o aumento da excitabilidade elétrica e as alterações sinápticas. Portanto, a compreensão do papel da PTK2B em neurônios humanos pode contribuir para revelar os mecanismos das disfunções neuronais na AD.

Considerando isso, os objetivos desta tese são descobrir os processos celulares e as vias moleculares reguladas por PTK2B em neurônios humanos. Para isso, utilizamos células-tronco humanas de pluripotência induzida (hiPSCs) para gerar neurônios (hiNs) que expressam diferentes níveis de PTK2B. Em seguida, empregamos ensaios funcionais e moleculares para investigar as consequências da expressão alterada de PTK2B tanto em um contexto fisiológico quanto em um contexto mimetizando a patologia de AD.

Nossos resultados indicam que a expressão reduzida de PTK2B é suficiente para alterar a atividade neuronal e a expressão de diversos genes associados à regulação da atividade elétrica e sináptica, principalmente nos neurônios glutamatérgicos. Análises de redes de regulação gênica indicam que o fator transcricional STAT3 pode agir a jusante de PTK2B para produzir tais alterações genéticas. Nós também mostramos que a redução da expressão de PTK2B em células heterozigóticas, mas não a sua deleção completa em células knockout, provoca um aumento da fosforilação de TAU em diversos resíduos associados a AD. Entre as possíveis quinases mediando este efeito, encontramos um aumento da ativação da p38 MAPK e da GSK3β, e diminuição da atividade da ERK1/2 e da LKB1.

Os nossos dados sugerem também um papel de PTK2B na regulação dos efeitos de peptídeos Aβ_1-42 sobre a atividade elétrica neuronal. Enquanto a exposição a níveis elevados de Aβ_1-42 é capaz de aumentar a atividade elétrica neuronal e os níveis de PTK2B fosforilado em culturas de hiNs , este efeito não é observado em neurónios knockout para PTK2B, que já apresentam uma elevação significativa dos níveis basais de atividade elétrica.

Em conjunto, nossos resultados indicam que PTK2B é um regulador chave de vias de sinalização celular associadas à fosforilação de TAU, regulação da atividade elétrica neuronal e expressão gênica. Esses dados podem fornecer perspectivas para uma melhor compreensão dos mecanismos da AD e possíveis abordagens terapêuticas.

Durante a gravidez, o sistema imune da mãe passa por diversas modificações fisiológicas que induzem a sua tolerância às células do embrião. Como o embrião possuí metade do genoma do seu pai, qualquer quebra de tolerância pode induzir a produção de anticorpos pelo sistema imune da mãe contra antígenos fetais. Dentre as variáveis que podem induzir a quebra de tolerância estão as infecções por patógenos. A infecção congênita por vírus zika (ZIKV) leva à malformação do sistema nervoso central (SNC) em grande parte dos casos, o que foi chamado de síndrome congênita do vírus zika (SCVZ). Em alguns casos, o paciente nasce sem nenhuma sequela clara e desenvolve microcefalia pós-natal, o que sugere uma inflamação persistente do SNC. Assim, nesse projeto testamos a hipótese de que além do dano direto causado pela infecção viral, os pacientes podem passar por uma resposta autoimune materna.  Aqui mostramos que mães de crianças com SCVZ possuem níveis mais altos de anticorpos contra Engrailed1 (a-EN1), uma proteína expressa pelo rombencéfalo em desenvolvimento. O nível de a-EN1 se correlaciona com o nível de expressão de anticorpos contra ZIKV que cada mãe expressa. No entanto, os níveis de a-EN1 não se correlaciona com a ocorrência de epilepsias ou malformações de rombencéfalo. Nós ainda testamos se o soro das mães de crianças CZVS reagem com fatias de hipocampo adulto ou telencéfalo de embriões de roedor, um método empregado para detectar anticorpos responsáveis por encefalites autoimunes. O soro dessas pacientes não reage contra esses tecidos ou ainda contra fatias de organóides de cérebros humanos. Assim, esse trabalho sugere que a infecção de ZIKV durante a gravidez estimula a produção de anticorpos maternos contra um alvo expresso no SNC embrionário. No entanto, essa produção não reflete na gravidade do caso, sendo essa provavelmente mais dependente da infecção direta pelo vírus.

Ansiedade é uma desordem de circuitos, ou seja, uma circuitopatia mundialmente prevalente que afeta substancialmente a qualidade de vida das pessoas. Para tratá-la adequadamente, é necessário que sejam revertidos os processos que levam ao mau-funcionamento dos circuitos neuronais. Ainda não há um tratamento completamente eficaz para tratar tal desordem. Inúmeras pesquisas vêm apresentando resultados promissores e seguros com psicodélicos serotonérgicos, evidenciando um potencial terapêutico desses compostos. No entanto, os seus mecanismos de ação ainda não foram completamente elucidados. Muitos estudos clínicos têm conseguido mitigar duradouramente os sintomas da depressão e da ansiedade com apenas uma dose, o que faz desses compostos alternativas bastante interessantes aos tratamentos clássicos disponíveis na psiquiatria. Esses efeitos duradouros podem ser explicados por uma possível indução à neuroplasticidade, à neuroproteção e a uma modulação de agentes ligados à inflamação. Alguns estudos comprovaram um aumento na neuritogênese, sinaptogênese e neurogênese proveniente do tratamento com esses compostos. Neste estudo, procuramos identificar como o psicodélico serotonérgico 5- metoxi-N,N-dimetiltriptamina (5-MeO-DMT) afeta prolongadamente a atividade neuronal e a expressão de genes relacionados à plasticidade em estruturas cerebrais classicamente relacionadas à ansiedade, como a amígdala basolateral, a região CA1 do hipocampo ventral e o córtex cingulado anterior, localizado no córtex medial pré-frontal de camundongos adultos uma hora, cinco horas e cinco dias após o tratamento. Após avaliarmos as propriedades eletrofisiológicas de camundongos 5 dias depois do tratamento com 5-MeO-DMT, verificamos diferenças nas propriedades passivas da membrana, além de alterações na amplitude e frequência dos disparos neuronais. A avaliação da expressão gênica uma hora após o tratamento revelou um aumento na expressão dos genes iniciais imediatos ARC e ZIF268 no córtex cingulado anterior e na amígdala basolateral. Outra avaliação feita 5 horas após o tratamento mostrou uma diminuição do gene NR2A em CA1 ventral. Verificamos também um aumento significativo do gene TRIP8b em CA1 ventral 5 dias após o tratamento. Pretendemos então ver se o 5-MeO-DMT produz mudanças no comportamento de camundongos após 24 horas e 5 dias de tratamento, com e sem condições de estresse. Também avaliamos os níveis séricos basais de corticosterona em camundongos e após estresse de contenção aguda. Verificamos que camundongos tratados com 5-MeO-DMT apresentaram níveis significativamente menores de corticosterona basal após 5 dias, além de apresentar um comportamento menos ansioso. Estes achados moleculares, celulares e comportamentais sugerem que a 5-MeO-DMT produz efeitos imediatos e duradouros em camundongos, embora sejam necessários mais estudos para considerar a sua possibilidade terapêutica e também para desvendar quais vias de sinalização são subjacentes ao papel da 5-MeO-DMT na plasticidade sináptica. 

A expressão gênica dependente de atividade representa o elo entre a atividade neuronal e a formação da memória. Entre esses genes, egr1 (também conhecido como zenk) foi um dos primeiros exemplos de um gene ligado ao comportamento e tem sido associado à formação de memória em roedores. No entanto, o papel do zenk no aprendizado vocal permanece desconhecido. Para investigar a contribuição precisa deste gene para o desenvolvimento de memórias de canto em Mandarim-Diamante (Taeniopigygia guttata), desenvolvemos uma ferramenta viral codificando uma proteína negativa dominante ZENK para manipular a atividade  transcricional da proteína endógena. Usando esta ferramenta, descobrimos que a atividade  normal do ZENK é necessária para o desenvolvimento do canto. A regulação  negativa da atividade transcricional de ZENK usando um inibidor alternativo, NAB1,  confirma esses resultados e fornece suporte para a especificidade de nossa manipulação.  Além disso, nossos resultados mostram que o bloqueio de ZENK consistentemente não leva à alteração de componentes inatos do canto, sugerindo que esse gene dependente de  atividade altera apenas comportamentos aprendidos. Nossas descobertas fornecem pela  primeira vez uma ligação causal clara entre genes dependentes de atividade e o aprendizado vocal. Mais importante, eles representam um dos primeiros passos para a  compreensão dos processos moleculares envolvidos na aquisição dos sinais vocais, processo que também é necessário para a fala humana.

Ensaios clínicos controlados por placebo mostram que o canabidiol (CBD) reduz a frequência de crises,
tanto convulsivas como não convulsivas, em pacientes com epilepsia de difícil controle. Parte desse
efeito depende de interações farmacocinéticas uma vez que nesses estudos, os pacientes continuam o
tratamento anticrise convencional. Além disso, o mecanismo pelo qual o CBD reduziria a frequência de
crises ainda é desconhecido, especialmente considerando sua afinidade por receptores do sistema
endocanabinoide. Outros fitocanabinoides, como o tetra-hidrocanabinol (THC), também modificam o
sistema endocanabinoide, alterando a transmissão sináptica e a excitabilidade neuronal. Assim, a
presente tese avaliou o potencial anticrise de extratos de Cannabis com distintos perfis de
fitocanabinoides (fitocomplexos) sobre o status epilepticus (SE), comparando suas respostas com
aquelas observadas após o CBD. Trabalhamos com a hipótese de que fitocomplexos derivados de
Cannabis, por conter uma diversidade de metabólitos secundários, seriam mais eficazes no controle da
hiperexcitabilidade neuronal que um fitocanabinoide puro (CBD). Para isso, utilizamos registros
eletrofisiológicos e comportamentais de camundongos submetidos ao modelo do SE induzido pela
administração intra-hipocampal de pilocarpina. Curvas dose-resposta de dois extratos, um com uma
razão de concentração de CBD/THC maior que 1 (XT-CBD) e outro com uma razão CBD/THC menor que 1
(XT-THC), foram comparadas com tratamentos convencionais (e.g., CBD e diazepam). Os animais
receberam o composto experimental por via intraperitoneal (i.p.) trinta minutos antes da pilocarpina.
Utilizamos a ambulação entre as duas administrações como indicador de possíveis efeitos sedativos
causados pelos extratos. Nossos resultados mostram que o XT-CBD reduziu a duração e a severidade do
SE comportamental em todas as doses avaliadas (4, 36 e 360 mg/kg; n=6-9/grupo) em comparação ao
grupo controle (solução de óleo de milho estéril, 10 mL/kg; n=24, p<0,05, teste de Mann-Whitney). O
tratamento com XT-THC apresentou um efeito bifásico, sendo que doses altas (450 e 1000 mg/kg; n=6-
9/grupo) diminuiram a severidade das crises, enquanto que a dose de 10 mg/kg (n=7) aumentou a
proporção de animais com comportamentos ictais severos. Porém, as altas doses de XT-THC produziram
forte sedação. Comparativamente, a diminuição da severidade do SE nas doses altas do XT-CBD e XT-
THC foi semelhante à observada nos grupos tratados com diazepam (5 mg/kg; n=6; p>0,05; teste de
Mann-Whitney) e com CBD (dose de 200 mg/kg, n=11). Surpreendentemente, o tratamento com CBD,
XT-THC e XT-CBD não alterou os marcadores macroscópicos dos paroxismos eletrográficos. Nossos
resultados demonstram que fitocomplexos são eficazes em modular a expressão comportamental do SE
induzido farmacologicamente, sendo que fitocompostos com ricos em CBD são mais eficazes que
fitocompostos ricos em THC. Experimentos futuros serão necessários para compreender a dissociação
entre a expressão comportamental e eletrográfica dos fitocanabinoides sobre o SE induzido pela
administração intra-hipocampal de pilocarpina. Desse modo, esse estudo contribuiu para um melhor
entendimento a respeito do uso de fitocanabinoides no tratamento de crises.

As aves canoras são consideradas um dos melhores modelos animais para investigar as bases neurobiológicas do aprendizado vocal. Assim como nós humanos, esses animais apresentam fases distintas do aprendizado vocal durante o desenvolvimento, que são influenciadas por experiências sociais e motoras. Além disso, a privação social em aves canoras pode gerar defeitos na produção vocal do indivíduo, enquanto que o impedimento da prática vocal retarda a maturação do canto. No entanto, não está totalmente claro se a experiência limitada durante o desenvolvimento pode afetar as habilidades de discriminação auditiva do animal, um fenômeno bem conhecido em humanos. Para responder a essa questão, manipulamos a experiência social e a prática motora em mandarins, a espécie de ave canora mais utilizada. Confirmamos primeiro que nossa manipulação alterou o aprendizado vocal, sem afetar grosseiramente o desenvolvimento. Mais precisamente, os animais em privação social exibiram canções anormais, típicas de animais sem um modelo vocal. Por outro lado, os animais jovens onde a prática do canto foi limitada continuaram a produzir vocalizações imaturas quando adultos. Notadamente, experimentos comportamentais demonstraram que animais controle, i.e., animais com experiências sociais normais, apresentaram um desempenho inferior em tarefas de discriminação auditiva em comparação com animais isolados e juvenis. Em contraste, animais com o canto limitado não diferiram dos controles. Esses resultados sugerem que experiências auditivas no início do desenvolvimento podem influenciar a capacidade discriminatória em mandarins adultos, enquanto que a prática vocal parece ter pouca influência no desempenho de aves adultas. Ou seja, as aves que são expostas à experiência social normal durante o desenvolvimento pós-natal podem ter uma capacidade diminuída de discriminar cantos coespecíficos. Tal interpretação está de acordo com o aumento da especificidade observada nos neurônios auditivos do mandarim, e seria semelhante às  perdas perceptuais observadas durante a aquisição da fala em humanos.

Oscilações de alta frequência (OAF) são oscilações espontâneas, transitórias e rápidas (80-500 Hz) observadas nas regiões corticais em mamíferos. Registradas principalmente durante o sono de ondas lentas e a vigília não-ativa, as OAF fisiológicos (a.k.a. ripples) participam da percepção sensorial e da consolidação de memórias. Por outro lado, OAF patológicas (a.k.a. fast ripples) ocorrem em uma frequência mais alta do que os ripples e são comumente registradas em estruturas com tendência às crises de indivíduos epilépticos. Apesar da forte associação entre fast ripples e zonas de início da crise, não está claro se elas emergem da degradação da rede de geração de ripples ou se desenvolvem-se de novo no cérebro adulto, após a morte celular e reorganização sináptica desencadeada por um insulto cerebral.

Neste trabalho, usamos registros eletrofisiológicos em um modelo animal de status epilepticus para estudar a expressão das OAF associadas à epileptogênese do hipocampo em camundongos. Os animais foram cronicamente implantados com eletrodos hipocampais e corticais bilaterais e uma cânula guia direcionada ao hipocampo dorsal direito. Após os registros do baseline (por pelo menos dois dias, mínimo seis horas / dia), os animais receberam uma única administração intra-hipocampal de pilocarpina (700 µg / µl). Como mostramos anteriormente, um status epilepticus (SE) sustentado evolui após essa administração.

 Inicialmente, nossa análise se concentrou em detectar, extrair e classificar as OAF registradas nos eletrodos do hipocampo. Primeiramente, recursos como frequência central das OAF, duração, potência e taxa foram obtidos em um episódio de sono de ondas lentas de 5 minutos usando o RIPPLELAB, uma ferramenta baseada em Matlab para extração semiautomática das OAF. Em seguida, mesclamos as características extraídas em cinco pontos de tempo: antes do SE (período de baseline), um dia após o SE (SE + 1), dois dias após o SE (SE + 2), a primeira semana após o SE (SE +7), e entre 15 e 30 dias após SE (SE + 30).

 Identificamos 1.334 ripples verdadeiros em 6 animais. A taxa de ripples diminui monotonicamente após o SE (F (4,24) = 2,98, p = 0,039, fator tempo, ANOVA de uma via), caindo de 16,2 ± 7,2 eventos / min para 7,8 ± 4,3 eventos / min no período de referência e SE + 1, respectivamente. Registramos a menor taxa de ripples no período crônico (SE + 30) (6,9 ± 6,2 eventos / min). A frequência central dos ripples também diminuiu após SE (F (4,1329) = 29,9, p <0,01, fator tempo, ANOVA de uma via) embora a redução mais substancial tenha sido observada em SE + 2 (em comparação com baseline: diferença média não pareada = -9,9 Hz, IC 95%: [-11,8 e -8,0]; p <0,01, teste t de permutação bilateral). Não observamos diferenças estatísticas na duração dos ripples, independentemente do tempo após SE, com média de 39,8 ± 12,8 mseg. Finalmente, o SE reduziu significativamente a potência dos ripples ao longo do tempo F (4,1329) = 10,8, p <0,01, fator tempo, ANOVA de uma via) e atingiu a potência mais baixa um dia após SE (em comparação com baseline: diferença média de potência não pareada = -0,07 mV² / Hz, IC 95%: [-0,09 e -0,05]; p <0,01, teste t de permutação bilateral). A análise de correlação de Spearman revelou uma associação positiva entre frequência e potência dos ripples no dia SE + 1 (r = 0,30, p <0,01) e SE + 7 (r = 0,71, p <0,01), considerando todos os eventos detectados. No entanto, analisando individualmente cada animal por dia, vimos que a taxa de ocorrência e a potência de ripples mostraram uma correlação positiva (r = 0,49, p <0,01), bem como a potência e a frequência (r = 0,38, p <0,05). Surpreendentemente, a latência para a primeira crise, o valor máximo na escala de Racine e a duração do SE não se correlacionaram com nenhum parâmetro dos ripples. Uma tendência positiva foi observada entre o peso corporal e taxa de eventos entre os dias, no entanto, nenhuma significância foi alcançada (correlação de Spearman, r =0,31, p =0,12).

Também analisamos as OAF patológicas em relação ao SE. Para isso, restringimos nossa análise às OAF com frequências acima de 200 Hz. Surpreendentemente, em todos os animais, detectamos o primeiro fast ripple nos primeiros 10 minutos da crise aguda induzida por (n=403; 68.1±34.0 eventos/animal dentro de 30 minutos de SE.). Fast ripples ocorreram usualmente com a espícula ictal, e foram seguidos de uma oscilação lenta (circa 60-100 Hz). Nós observamos uma reversão de fase entre este eletrodo e àqueles adjacentes. A frequência média destes eventos foi 283,8 ± 28,6 Hz, a potência média foi de 0,5 ± 0,1 mV²/Hz, e sua duração média foi de 31,7 ± 13,7 mseg. Enquanto o SE evoluiu, a taxa de ocorrência destes eventos diminuiu, até sua completa abolição após a administração de diazepam (10mg/kg, i.p.). Todos os animais que apresentaram fast ripples durante o SE agudo também possuíram fast ripples nos dias seguintes. A taxa de fast ripples durante uma janela de 5 minutos de sono de ondas lentas foi maior no primeiro dia (SE +1) e diminuiu nos dias seguintes (eventos por minuto: 14.0±6.8, 15.0±2.5, e 3.8±3.6 nos períodos SE+1, SE+2 e SE+30, respectivamente; F(4,19)=5.4, p<0.01, ANOVA de uma via). Como esperado, a frequência média de fast ripples foi maior do que àquela dos ripples (diferença média= +156 Hz, 95%CI: 153 e  158, p<0.05, teste t não-pareado). Fast ripples também tiveram uma potência mais forte (diferença média= +0.119 mV²/Hz, 95%CI: 0.098 and 0.138, p<0.05, teste t não-pareado), e duração menor (diferença média= -8.12 msec, 95%CI: -9.55 and -9.58, p<0.05, teste t não-pareado) do que ripples fisiológicos. 

Até onde sabemos, este trabalho é o primeiro estudo a descrever extensivamente as mudanças temporais das características das oscilações de alta frequência durante a epileptogênese. Nossos resultados demonstram que as alterações das OAF são parcialmente explicadas pela severidade do SE. Além disso, mostramos que OAF patológicas ocorrem nos primeiros minutos do SE. Esta observação sugere que fast ripples não precisam de morte celular ou reorganização sináptica para serem expressos, mas refletem o desequilíbrio entre a excitação e a inibição geralmente observado em crises agudas e induzidas. Análises futuras demonstrarão se a redução na taxa de ripples e na potência podem explicar o baixo desempenho em tarefas de memória e aprendizagem observadas em animais com crises espontâneas.

Os esteroides sexuais femininos (ESF) exercem ampla influência sobre os funções e patologias do cérebro. Eles podem afetar especificamente o sistema motor, modulando a excitabilidade do córtex motor, bem como o desempenho em tarefas de destreza e coordenação. Faltam estudos que investiguem seus efeitos sobre o processamento cognitivo motor. Alterações na amplitude das faixas de frequência alfa e beta da eletroencefalografia (EEG) sobre as regiões frontal, central (ritmo mu) e parietal durante a imagética motora cinestésica (IM) e a observação da ação (AO) são medidas importantes para investigar a modulação de áreas corticais envolvidas no planejamento motor. Uma outra ferramenta utilizada para investigar o processamento cognitivo motor é o Teste de Reconhecimento da Lateralidade Manual (TRLM). Este é capaz de modular os componentes P100 e P300 do Potencial Evocado Relacionado ao Evento (ERP) no EEG e possui medidas comportamentais que permitem fazer inferências sobre processos cognitivos relacionados à manipulação espacial de partes do corpo (nesse caso específico, das mãos). Esse processo é conhecido como imagética motora implícita. Neste estudo, nós investigamos se a atividade cortical obtida por meio do EEG e  as medidas comportamentais relacionadas às tarefas citadas  (IM, AO, TRLM) são moduladas em função das fases do ciclo menstrual.  Trinta e duas mulheres em idade reprodutiva participaram deste estudo que foi realizado em uma sessão de familiarização e 3 sessões experimentais. Os ESF compreendem o estrógeno e a progesterona e seus níveis foram quantificados usando a técnica ELISA por quimiluminescência nas fases menstrual (baixos níveis de ambos), folicular (altos níveis de estrógeno) e lútea (altos níveis de progesterona). Coletas de sangue para dosagem hormonal e experimentos com os protocolos de IM, AO e TRLM foram realizados nas três fases do ciclo menstrual das voluntárias. As medidas de EEG (para obtenção de potência de alfa e beta, P100-ERP e P300-ERP), tempo de reação e acurácia foram coletadas durante a prática das tarefas. Na análise estatística foi utilizado o teste de Friedman para comparar as medidas entre as fases do ciclo menstrual. As medidas comportamentais e eletrofisiológicas foram ainda correlacionadas com os níveis dos hormônios (estradiol e progesterona) por meio da correlação de Spearman e o valor de P considerado foi &lt; 0,05.  Os resultados evidenciaram que a dessincronização relacionada ao evento de beta (beta-ERD) sobre a região frontal bilateral durante a prática do IM foi significativamente maior na fase folicular quando comparada com as fases menstrual e lútea, sugerindo o efeito dos estrógenos sobre a desinibição das áreas de controle do processamento cognitivo motor. Beta-ERD na região parietal medial e Alfa-ERD  na região central medial foram significativamente menores na fase luteal quando comparadas às fases folicular e menstrual, áreas essas que estão relacionadas à vivacidade da imagética motora. Nenhuma diferença entre as fases do ciclo menstrual foi observada sobre o alpha-ERD e beta-ERD sobre a região sensório-motora nem sobre qualquer região cortical estudada durante a prática de AO, mas foi encontrada correlação positiva entre a amplitude dessas bandas de frequência e os níveis de estradiol na fase folicular, sugerindo o efeito do estradiol sobre a ativação dos neurônios espelhos. A análise comportamental no TRLM indicou melhor desempenho durante as fases folicular e lútea quando comparadas à fase menstrual. De acordo com o que é observado na literatura, a manipulação espacial de objetos é prejudicada pelos ESF. De acordo com os resultados apresentados, quando os objetos a serem movimentados são mãos, os ESF favorecem a tarefa, sugerindo seu efeito sobre o componente cognitivo motor presente na tarefa. Na análise de EEG do TRLM foi possível observar diferença entre as orientações medial e lateral das mãos na fase folicular, sugerindo maior engajamento na imagética motora intrínseca nessa fase do ciclo menstrual.

Os neurônios são elétrica e quimicamente excitáveis, quando excitada suficientemente, diversos íons rapidamente movimentam-se através da membrana, despolarizando-a. Dentre esses íons, o Ca²⁺ é o único que além da participação no potencial de ação também é biologicamente ativo, participando em diversos eventos celulares, funcionando principalmente como um mensageiro celular. Estudar o papel do Ca²⁺ nos diversos eventos foi possível através do desenvolvimento de técnicas que permitiram aferir sua dinâmica, como o desenvolvimento de ferramentas ópticas, sendo a primeira geração compostas por corantes e posteriormente, com o advento da engenharia molecular, os indicadores de cálcio codificados genéticamente (GECIs), sendo estes compostos pela hibridização de uma proteína fluorescente ligada proximamente a uma proteína sensor. Desde os primeiros corantes até os GECIs mais atuais, muitos avanços foram feitos no que se trata de aumento da resolução temporal e espacial, sensibilidade ao Ca²⁺, resistência ao photobleaching, diminuição da fototoxidade e alta relação sinal/ruído. Entretanto, preparações in vivo em mamíferos continuaram sendo um desafio. Atualmente, um dos GECIs mais utilizados são as variantes do GCaMP, que é composto pela calmodulina, como proteína sensor, ligada a uma proteína fluorescente verde (GFP). Nesse trabalho iremos avaliar a expressão do GCaMP com diferentes promotores virais e os sinais de cálcio in vivo, em registros realizados com camundongos adultos andando em diferentes velocidades em esteira, com uso de lentes cronicamente implantadas e câmeras de epifluorescência.

As oscilações gama da retina têm sido observadas em uma variedade de vertebrados. Evidências passadas e recentes apontam para seu papel na codificação de propriedades de imagens, como tamanho e continuidade. Começamos revisitando as relações já estabelecidas entre as características da oscilação e diferentes estímulos visuais no animal anestesiado. Analisamos SUAs (single-unit-activity), e MUAs (mult-unit activity) registradas na retina e no LGN de gatos enquanto os mesmos observavam estímulos complexos (vídeos curtos) ou simples (círculos de luz). Em experimentos subsequentes, o LGN de gatos acordados também foi registrado. Os animais foram posteriormente anestesiados com cetamina e, então com halotano. Observamos que em gatos anestesiados com halotano e sob condições naturais de estímulo, a resposta oscilatória gerada pela apresentação dos vídeos não foi confiável. As oscilações ocorreram em breves períodos, que parecem refletir principalmente o contraste da imagem. Por outro lado, círculos largos apresentados aos gatos anestesiados geraram oscilações gama de forma robusta, com a força das mesmas sendo modulada pela luminância e tamanho do estímulo. Curiosamente, nos animais acordados ou apenas anestesiados com cetamina, nenhuma oscilação pôde ser detectada, embora o entrainment com a taxa de atualização do monitor tenha sido observado até 120 Hz. Além disso, a oscilação gama na retina do gato se mostrou dependente da concentração de halotano. A atividade gama foi drasticamente reduzida à medida que os níveis de halotano diminuíram. Em conjunto, nossos resultados não apoiam um papel cognitivo para as oscilações gama no sistema retinogeniculado.

O zumbido induzido pelo ruído é um som fantasma, percebido sem uma fonte física, causado pela exposição excessiva ao ruído alto. O núcleo coclear dorsal (DCN), uma região conhecida por integrar vias somatossensoriais e auditivas, foi identificada como uma estrutura chave potencial na geração da percepção sonora fantasma. Aqui, nós primeiramente visamos a camada de saída do DCN usando vetores virais contendo o promotor da Proteína Kinase dependente de cálcio/calmodulina tipo II alfa (CaMKIIa) para expressar proteínas optogénicas e investigar como excitar (Channelrhodopsin-2, ChR2) ou inibir (enhanced Archaerhodopsin 3.0, eArch3.0) essas células do DCN afetam a resposta a sons nessa área. Descobrimos que a estimulação optogenética das células do DCN que expressam CaMKIIa-ChR2 ou CaMKIIa-eArch3.0 pode distorcer as respostas das unidades no DCN ao som. Em seguida, nós quimogeneticamente inibimos a atividade desse mesmo subgrupo de neurônios no DCN usando o Gi-coupled human M4 Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs (hM4Di DREADDs) para investigar seu papel na percepção do zumbido. Os camundongos foram expostos a ruído alto (90dBSPL, 1h, seguido de 2h de silêncio) para induzir o zumbido. Potenciais evocados auditivos de tronco encefálico (ABRs) e o teste de inibição de reflexo de sobressalto a partir de gap (GPIAS) foram registrados dois dias antes e duas semanas após a exposição ao ruído para confirmar a percepção do zumbido (diminuição significativa na resposta do GPIAS) sem perda auditiva. A atividade dos neurônios expressando CaMKIIa-hM4Di no DCN foi diminuída ao expressar e ativar farmacologicamente os hM4Di DREADDs. A percepção do zumbido foi avaliada quando os hM4Di DREADDs inibitórios foram ativados pela administração sistêmica de n-óxido de clozapina (CNO, 0,5mg/kg). Encontramos que CNO diminui respostas indicativas de zumbido (p = 0,038, n = 11 camundongos), em comparação com o grupo controle, o qual não mostrou melhoria das respostas do GPIAS (vírus controle; CaMKIIa-YFP + CNO, p = 0,696, n = 7 camundongos). Registros de atividade extracelular de unidades confirmaram que CNO diminui a frequência de disparo de unidades no DCN, altera a melhor frequência e banda de resposta ao som. Em seguida, neurônios CaMKIIa-hM4Di-mCherry+ do DCN foram quimogeneticamente inibidos durante a exposição ao ruído (n = 6 experimental e 6 controles), mas isso não impediu a indução do zumbido, nem a administração de CNO 2 semanas depois melhorou a detecção de gap, indicando que a percepção do zumbido não foi diminuída. Nossos resultados sugerem que células CaMKIIa-hM4Di-mCherry positivas no DCN não são cruciais para a indução do zumbido, mas desempenham um papel significativo na manutenção da percepção do zumbido em camundongos.

Embora várias ordens de mamíferos tenham neurônios seletivos por orientação, esses neurônios podem ser organizados em diferentes arranjos corticais. Um exemplo proeminente é o mapa de preferência de orientação colunar encontrado em carnívoros (gatos, furões, musaranhos de árvores) e todos os primatas (por exemplo, humanos, macacos, lêmures de rato) estudados até agora, em oposição aos arranjos aparentemente aleatórios comumente referidos como configurações de sal e pimenta, observados em roedores. A seletividade da orientação é geralmente deduzida da atividade de disparos neuronais induzida por estímulos. No entanto, também tem sido observado em oscilações do potencial de campo local (LFP), especialmente na banda Gama. Em várias das espécies que expressam um mapa colunar, a orientação preferencial da atividade de disparos e a potência gama são semelhantes. Isto é compatível com a interpretação de que a atividade das amostras de LFP são provenientes de áreas corticais contíguas que respondem à mesma orientação. Os disparos podem ser fortemente fixados a certas fases das oscilações do LFP, e pensa-se que estas últimas não só estabelecem janelas temporais que coordenam a atividade de disparos das populações neuronais locais, mas também permitem a comunicação entre populações neuronais distantes. Assim, colocamos a hipótese de que um arranjo funcional colunar/não-colunar também pode ser refletido em interações disparo-campo.

Na presente dissertação, examinamos disparos e oscilações do LFP na banda gama baixa (low-γ) de +/-30-50 Hz obtidos de múltiplas gravações paralelas no córtex visual durante a estimulação de grade em dois representantes de ordem mamífera com tamanho V1 semelhante, mas com diferentes layouts funcionais - o gato doméstico para carnívoros e o agouti amazônico para roedores. Anteriormente, observamos que embora os agoutis possuam neurônios seletivos a orientação, eles não expressam colunas como os gatos. Correlacionamos a preferencia de orientação dos disparos com a potência do low-γ do mesmo eletrodo. Essa análise revelou que as unidades que exibem tanto a seletividade de orientação em disparos quanto a potência do low-γ (OSI > 0,1) apresentam preferência semelhante nos gatos (n = 95, correlação circular = 0,56, p = 1,44e-12), mas muito menos em agouti (n = 39, correlação circular = 0,40, p = 0,0067). Além disso, avaliamos se a atividade de pico de unidade única é coordenada com o LFP na faixa gama registrada do eletrodo como refletida em eventos de fase bloqueada. Em gatos, os eventos fixados em fase freqüentemente ocorriam de forma seletiva de orientação e com orientação semelhante à da atividade de disparos (n = 33, correlação circular = 0.57, p = 0,0035). Em contraste, agouti apresentou poucos eventos fixados por fases e estes não estavam correlacionados com a seletividade da orientação por pico (n = 6, coeficiente de correlação circular = 0.11, p = 0.79).

Nossos resultados suportam a noção de que a coordenação dos disparos e a potência em gama no LFP em gatos pode estar relacionada ao seu layout colunar ordenado. Na mesma linha de argumentação, propomos que a menor semelhança entre o spiking e a preferência em gama e a falta de eventos seletivos fixados em fases em agouti refletem uma menor ou ausente organização da preferência de orientação em um layout colunar contíguo nesta espécie.

A população brasileira com mais de 60 anos de idade tem aumentado, assim como as doenças crônicas relacionadas ao envelhecimento. Dentre elas, o acidente vascular encefálico (AVE), uma das principais causas de internações e mortalidade; causando na maioria dos pacientes algum tipo de deficiência para a execução das atividades de vida diária. Entender como o processo de reabilitação ocorre, como por exemplo a remodelação dos mapas e vias motoras, é de extrema importância. O estudo deste fenômeno pode levar a otimização do processo de reabilitação e ao melhor entendimento da ação de fármacos para restaurar a função cerebral após o AVE. Além disto, o tipo e a gravidade da lesão parecem ser determinantes para o nível de acometimento motor após o AVE. Resultados preliminares obtidos pelo grupo de pesquisa do PhD Numa Dancause e PhD Dale Corbett indicaram que quando a lesão atinge o estriado a representação motora é extremamente prejudicada. Então, nós hipotetizamos que o estriado dorsal tenha um papel determinante na constituição e possível remodelação dos mapas corticais durante o (re)aprendizado motor. Além disto, que estruturas subcorticais podem estar aumentando a sua atividade e assumindo um papel mais ativo na expressão do comportamento motor. Nesta tese nós desenvolvemos uma nova metodologia para quantificar e melhor entender as alterações de movimento após o AVE em roedores (ratos: Artigo 1; camundongos: Artigo 2). Revisamos as principais vias e mecanismos envolvidos no (re)aprendizado motor compensatório (Artigo 3). Finalmente, o artigo principal da presente tese demonstra como a reabilitação intensiva promove a remodelação dos mapas motores (Artigo 4). A reabilitação intensiva induziu a expansão da representação motora relacionada aos movimentos do membro parético; e o aumento da atividade uso-dependente em regiões encefálicas compensatórias, como por exemplo o córtex contralesional e o núcleo rúbro. Propomos um mecanismo entrelaçado para a recuperação após o AVC severo, envolvendo interações bilaterais e bi-hemisféricas. Em suma, esta tese corrobora que a reabilitação promove a expansão das representações motoras corticais; e avança o conhecimento sobre a recuperação compensatória após o AVE severo.

Memórias reativadas podem se tornar lábeis e, para persistir, necessitam passar por um processo de reestabilização dependente de síntese proteica chamado reconsolidação. A ocorrência da reconsolidação é restrita a determinadas condições, que não são totalmente conhecidas e variam entre os tipos de memória. O córtex perirrinal, uma estrutura do lobo temporal que recebe diversas aferências sensoriais e possui conexões recíprocas com o hipocampo, tem sido relacionado à reconsolidação da memória de reconhecimento de objetos (MRO). No entanto, sua função nesse processo é ainda controversa. Usando uma tarefa de reconhecimento de objetos, neste trabalho nós investigamos o envolvimento do córtex perirrinal na reconsolidação da MRO. Infusões do inibidor de síntese proteica anisomicina diretamente no córtex perirrinal causaram déficit na MRO quando administradas após sua reativação na presença de um único objeto familiar, mas não na presença de dois objetos familiares ou um objeto familiar acompanhado de um novo. Análises de imunofluorescencia revelaram um aumento proeminente na expressão perirrinal de ZIF268 somente após a reativação da MRO pela apresentação de um único objeto familiar. Nós também encontramos que o bloqueio de NMDAr pelo antagonista AP5 e o nocaute da expressão de ZIF268 por oligonucleotídeos anti-senso,  no cPER, prejudicam a reconsolidação da MRO. Juntos, esses resultados revelam uma condição limitante para a reconsolidação da MRO que envolve (1) o córtex perirrinal, (2) a percepção parcial ou incompleta de dicas de reconhecimento durante a reativação, e (3) a expresssão de Zif-268 e a atividade de receptores NMDA.

A organização dos circuitos neocorticais é fundamental para a percepção sensorial,
aprendizado e integração multisensorial. Na área somatossensorial primária (S1), os neurônios da
camada IV recebem entradas talâmicas e projetam para neurônios da camada II/III. Esses neurônios
superficiais podem conectar outros neurônios dentro de S1 e dentro de outras áreas do hemisfério
ipsi ou contralateral, cooperando assim para selecionar uma interpretação consistente com suas
várias entradas corticais e subcorticais. Neste trabalho, nós mostramos que a expressão do fator de
transcrição Zinc Finger And BTB Domain-Containing Protein 20 (Zbtb20) em progenitores neocorticais
é necessária e suficiente para regular a geração e a conectividade de neurônios supragranulares. A
deleção condicional desse gene nos progenitores leva a um aumento no número e distribuição radial
de neurônios RORb+ (camada IV) à custa dos neurônios Brn2 + (camadas II/III). Essa mudança na
organização laminar do neocórtex é acompanhada por uma expansão da arborização axonal talâmica
e da área do barril em S1. Além disso, os neurônios da camada superior aumentam suas projeções
axonais intra-hemisféricas, enquanto reduzem a inervação contralateral na ausência da expressão de
Zbtb20. Essas alterações também são observadas, embora em menor grau, após a deleção do Zbtb20
nos neurônios pós-mitóticos, indicando que o Zbtb20 atua em estágios sequenciais da progressão da
linhagem dos progenitores neocorticais, ajustando os destinos neuronais nas camadas corticais
superiores e contribuindo para a organização das projeções axonais dos neurônios calosos (CPN - do
inglês, “callosal projection neurons”) . Além desses efeitos na especificação de CPNs, também
mostramos que o ZBTB20 regula a astrogliogênese de maneira temporal específica. A superexpressão

de ZBTB20 em E14, mas não em E16, aumenta a astrogliogênese neocortical, enquanto a expressão
de um ZBTB20 negativo-dominante (DN) em E16, mas não em E14, reduz a astrogliogênese. Em
conjunto, nossos resultados indicam que o ZBTB20 é um importante regulador da especificação de
tipos e subtipo celulares no neocórtex em desenvolvimento.

Recordar fatos e eventos necessita da memória de reconhecimento de objetos
(MRO). O processo de reconsolidação integra nova informação na MRO
mediante um mecanismo que envolve mudanças na eficácia sináptica
hipocampal e na sinalização mediada pelo fator neurotrófico derivado do
cérebro (BDNF). Por sua vez, o BDNF modula positivamente a indução e a
manutenção da potenciação de longa duração (LTP) através de um processo
que requer a ativação de uma isoforma de PKC atípica denominada proteína
quinase M zeta (PKMζ) a qual, acredita-se, é capaz de preservar as memórias
ao controlar a funcionalidade dos receptores AMPA (AMPAR). No entanto, e
apesar desses antecedentes, a possível participação da PKMζ na
reconsolidação da MRO ainda não tem sido estudada. Utilizando ratos Wistar
machos, nós encontramos que a inibição da PKMζ hipocampal com o peptídeo
inibitório zeta (ZIP) ou com oligonucleotídeos antisentido, mas não o bloqueio
da PKCι/λ com ICAP, impediu a retenção da MRO, mas só apenas quando esta
foi reativada na presença de um objeto desconhecido. Consistente com esses
resultados, a reativação da MRO aumentou os níveis de expressão da PKMζ
hipocampal unicamente quando esta ocorreu em presença de um objeto não
familiar. Também encontramos que a coinfusão de BDNF recombinante
reverteu à amnésia induzida pela inibição da síntese proteica hipocampal após
a reativação da MRO, mas não aquela provocada pelo ZIP, o qual não afetou a

atividade oscilatória espontânea. Mais ainda, observamos que o bloqueio da
inserção dos AMPAR na membrana neuronal prejudicou a retenção da MRO
enquanto que a inibição farmacológica da endocitose destes receptores
aumentou os níveis de GluA1 e GluA2 associados às PSDs hipocampais e
reverteu o efeito amnésico do ZIP. Sabe-se que a consolidação da MRO, mas
não sua reconsolidação, requer a indução de síntese de proteínas no córtex
entorrinal (CE). Nós encontramos que aqueles animais que se tornaram
amnésicos pela administração de ZIP após a reativação da MRO readquiriram
esta quando retreinados, mas a inibição da síntese proteica no CE impediu
esse reaprendizado, como se a memória em questão tivesse tido que ser
consolidada novamente. Nossos resultados demonstram que a PKMζ
hipocampal atua downstream o BDNF para regular a reciclagem dos AMPAR
durante a reconsolidação, e indicam que a inibição da PKMζ durante esse
processo apaga a MRO.

A epilepsia do lobo temporal (ELT) é a forma mais comum de epilepsia focal. Modelos animais reproduzem a condição humana por meio da administração sistêmica de pilocarpina (PILO) ou ácido caínico (KA). Experimentalmente, esses modelos envolvem um insulto inicial (status epilepticus - SE), que resulta em morte neuronal, reorganização estrutural e crises espontâneas e recorrentes, além de prejuízos de performance em
diversas tarefas comportamentais. As estruturas neurais associadas aos  prejuízos cognitivos desses modelos não são inteiramente conhecidas, e provavelmente a existência de múltiplos focos epilépticos contribui para a variabilidade experimental frequentemente observada. Como forma de reduzir o aparecimento de múltiplos focos epilépticos, propomos um protocolo no qual os agentes convulsivantes são administrados localmente (i.e., diretamente em um hipocampo ao invés da via intraperitoneal, i.p.). Apesar de estudos com KA em camundongos já terem sido realizados, nenhum trabalho avaliou os efeitos da administração intra-hipocampal (ihpc) de PILO em camundongos. Assim, neste trabalho é apresentado os efeitos comportamentais agudos e crônicos da aplicação ihpc de 4 doses de PILO (70, 245, 400 e 700 µg, diluídas em 1 µL) em camundongo anestesiados com isoflurano. Animais tratados com KA (20 mM, 50 nL) e cloreto de sódio (0,9%) foram usadas como tratamentos controle. Observamos uma correlação entre a severidade do SE (quantificado agudamente por escalas e de maneira indireta, por meio da evolução ponderal) e a concentração de PILO administrada. Ao contrário do observado quando dada
sistemicamente, o tratamento ihpc (n = 63) não resulta em crises tônicas, contribuindo para a baixa mortalidade do modelo (ihpc: 4/62; ip: 10/11). No período crônico (1 mês após o SE), camundongos tratados com altas doses de PILO apresentaram crises espontâneas, assim como os animais tratados com KA. Testes comportamentais revelaram que animais epilépticos (independente do agente convulsivante) apresentam maior ambulação estereotipada (campo aberto) que animais do grupo controle. Em testes de memória dependentes do hipocampo, o tratamento com PILO, especialmente em altas doses, prejudicou o desempenho na tarefa de reconhecimento de objetos, mas não no labirinto de Barnes. Animais do grupo KA apresentaram desempenho inferior em todos os
testes, quando comparado ao grupo PILO (alta dose). Em conjunto, nossos resultados demonstram que a administração ihpc de PILO em camundongos resulta em crises espontâneas e recorrentes, além de prejuízos cognitivos moderados (compatíveis com as comorbidades observadas em seres humanos com ELT), além de baixa mortalidade. Acreditamos que o presente modelo apresenta validade de face para ELT, podendo servir como alternativa aos modelos do KA (cujo custo é alto) e à via de administração (cuja mortalidade é alta quando a PILO é administrada sistemicamente).

A reprogramação de diferentes tipos celulares especializados em outros tem sido um campo amplamente estudado nos últimos anos. Mais especificamente, a geração de neurônios induzidos (iNs) é ultilizada com o objetivo de aplicar estas células no estudo de modelos patológicos e em terapia celular, com foco no tratamento de pacientes com doenças neurodegenerativas ou  lesões agudas no sistema nervoso central. Diversas metodologias têm sido utilizadas para essa abordagem, incluindo a reprogramação de células de outras linhagens em neurônios, de forma direta ou indireta. Entretanto, a maioria dos protocolos de reprogramação celular depende da superexpressão de genes ectópicos, o que pode ocasionar outras alterações transitórias não almejadas nas células reprogramadas. A fim de trasnpor esses possíveis efeitos colaterais, investigou-se neste trabalho a possibilidade de reprogramação de astrócitos de camundongos pós-natais em neurônios, através da exposição transitória das células a um coquetel de pequenas moléculas adicionado ao meio de cultivo celular. O referido coquetel inclui moléculas que atuam em diferentes vias celulares, dentre as quais a regulação da expressão gênica, a modulação da neurogênese e o controle do ciclo celular, tendo sido previamente utilizado na reprogramação de fibroblastos em neurônios. Para demonstrar o fenótipo das células após o tratamento com o coquetel, foram avaliados aspectos como expressão de proteínas tipicamente neuronais e astrocitárias, morfologia, sobrevivência, proliferação e expressão gênica, através das técnicas de imunocitoquímica, vídeo-microscopia de tempo intervalado e RT-qPCR. Com base nos dados obtidos observou-se que o coquetel de drogas utilizado induziu nos astrócitos tratados um aumento da expressão de genes relacionados ao perfil neuronal e uma mudança significativa em sua morfologia, embora esta não seja tipicamente de neurônios. Indicando assim, que a combinação de pequenas moléculas utilizada não é suficiente para reprogramar de forma eficaz células astrocitárias em neurônios induzidos.

A doença de Alzheimer (DA) afeta cerca de 25 milhões de pessoas no mundo, e é caracterizada pelo declínio progressivo da função cognitiva, em especial da memória episódica. É multifatorial, e o acúmulo de peptídeos β-amiloides (Aβ) é considerado o principal mecanismo da neurodegeneração subjacente à doença. Os Aβ são os principais componentes das placas amióides, um dos marcos fisiopatológicos no encéfalo dos pacientes. A infusão intracerebral de Aβ em ratos é um modelo animal de DA muito utilizado, produzindo seu acúmulo em regiões cerebrais afetadas, como o hipocampo e o neocórtex, e déficits cognitivos compatíveis com os sintomas, como déficits na memória espacial. Porém, a maioria dos estudos evidencia déficits equivalentes aos estágios moderado e avançado da DA após a infusão prolongada de Aβ, sem avaliar déficits mais sutis de estágios iniciais. Isso seria relevante para compreensão dos mecanismos fisiopatológicos e para o teste de possíveis tratamentos neuroprotetores. Uma tarefa utilizada para avaliar déficits relacionados à disfunção hipocampal em ratos é o labirinto de Barnes. Os animais são expostos a uma plataforma circular, com buracos ao redor, sendo apenas um deles conectado a um esconderijo. Nessa tarefa, os animais guiam-se por pistas distais para encontrar o local seguro. O desempenho dos animais nas nos treinos (exposições repetidas com o esconderijo sempre no mesmo local) e teste (reexposição a intervalos variáveis sem o esconderijo) é utilizado para avaliação do aprendizado e memória (evocação) da tarefa, respectivamente. Tal avaliação é feita por parâmetros gerais de desempenho, como latência e distância até o alvo, número de visitas a buracos errados, dentre outros, e por uma análise específica de estratégias de busca usadas para atingir o alvo. O animal pode se localizar pelas pistas distais (dispostas ao redor do labirinto), utilizando informação espacial (estratégia direta) ou outros tipos de busca, visitando de maneira aleatória ou seriada buracos do aparato (estratégias não diretas). Essa avaliação permite a detecção de alterações no modo de solução da tarefa, mesmo que uma manipulação experimental não modifique os parâmetros gerais de desempenho. No presente trabalho, objetivamos investigar possíveis sinais cognitivos iniciais da DA em ratos Wistar submetidos à infusão intracerebral de Aβ, e os efeitos de um potencial tratamento neuroprotetor, por meio da avaliação da memória espacial no labirinto de Barnes. Utilizamos o extrato alcalóide de Erythrina velutina (“mulungu”), cujos componentes mostram ações ansiolíticas, anti-inflamatórias, antioxidantes e pró-colinérgicas. Na 1ª etapa, padronizamos a tarefa de Barnes para as nossas condições experimentais, e verificamos se há influência da repetição de exposições ao labirinto (importante para verificação de progressão de sinais cognitivos) ou da implantação das cânulas intracerebrais no desempenho dos animais. Animais que passaram ou não pela cirurgia para implantação de cânulas (bilateralmente na sub-região hipocampal CA1 e no ventrículo lateral) passaram por 5 sequências de exposição ao labirinto de Barnes (4 treinos com 4 trials cada, um teste após 24h e um teste após 10 dias). Os resultados mostraram que houve aprendizado da tarefa (diminuição da latência e distância para o alvo, diminuição de erros e aumento da exploração do quadrante alvo) ao longo dos trials em todas as sequências. Ambos os grupos mostraram evocação da tarefa nos testes, havendo um desempenho ligeiramente melhor do grupo implantado, o que pode ser decorrente de diferenças basais entre os animais discriminados em grupos. Concluímos que a tarefa pode ser realizada repetidamente, e em animais com implantes cerebrais de cânulas, sem prejuízo de desempenho. Na segunda etapa, investigamos o uso de diferentes estratégias no labirinto de Barnes na presença ou ausência de pistas distais. Ratos foram expostos aos treinos no labirinto de Barnes, e no teste (24h após) parte dos animais foi exposta ao labirinto na presença de pistas distais (condição ‘espacial’) e a outra parte passou pelo teste com uma cortina preta em volta do labirinto (condição ‘não-espacial’). Ambos os grupos aprenderam e evocaram a tarefa, entretanto os animais expostos às pistas distais preferiram o uso de estratégia direta, enquanto o grupo não-espacial preferiu outras estratégias. Concluímos que a retirada de pistas distais não impede que os animais encontrem o alvo, e para isso utilizam estratégias de busca alternativas ao uso de informação espacial. Na terceira etapa (2 experimentos) verificamos os efeitos da infusão intracerebral de peptídeos Aβ sobre o aprendizado e a memória no labirinto de Barnes. No experimento 1, ratos receberam 15 infusões diárias de salina ou Aβ (30, 100 ou 300 pmol) i.c.v., sendo que no 1º dia de tratamento houve infusões em CA1. Foram submetidos a 3 sequências de exposição ao Barnes (treinos, teste 24h e reteste 10 dias). A sequência I foi realizada antes da cirurgia (na qual ocorreu o aprendizado para todos os animais), a II a partir da 11ª infusão, e a III 10 dias depois. Nas sequências II e III, houve grande variação do comportamento dos animais Aβ, de modo que não foram observadas diferenças entre os grupos. Houve uma alta mortalidade dos animais. Ao fim dos experimentos comportamentais, os animais foram eutanasiados e submetidos à imunohistoquímica para Aβ, cuja análise por densitometria ótica relativa mostrou aumento de sua marcação no hipocampo e neocórtex. Concluímos que, houve deposição de peptídeos Aβ, o tratamento não promoveu déficits na tarefa. No 2º experimento verificamos os efeitos da infusão de Aβ sobre o desempenho geral e estratégias de busca no labirinto de Barnes. Os animais (salina ou Aβ 30 pmol) foram submetidos a uma sequência de exposição ao Barnes com 4 treinos de 2 trials cada e um teste realizado 3 dias depois. As modificações no protocolo visaram dificultar a tarefa. Não houve diferenças entre os grupos no aprendizado. No teste, embora os animais Aβ mostrassem alguma evocação, estes utilizaram preferencialmente estratégias aleatória e seriada, enquanto os salinas preferiram a estratégia direta. Concluímos que a infusão de Aβ promoveu alterações sutis na memória espacial compatíveis com a manifestação inicial da DA, indicando relevância para investigações mecanicísticas e terapêuticas em estágios precoces da doença. Na última etapa, animais submetidos ao mesmo tratamento de infusão com Aβ (30 pmol) foram tratados concomitantemente com 200 mg/kg do extrato de mulungu por via oral. Os grupos (salina, Ab, mulungu e Ab + mulungu) foram submetidos a 2 sequências de Barnes (a partir da 11ª infusão e dez dias depois). De forma geral, não foram observadas diferenças entre os grupos nos parâmetros referentes ao aprendizado ou à evocação da tarefa. Sendo assim, concluímos que o protocolo utilizado não foi capaz de detectar um efeito benéfico do extrato de mulungu no modelo de DA por infusão de peptídeos Aβ.

Até o momento, não há evidências de um mapa de preferências de orientação em colunas no córtex visual primário de roedores, como geralmente observado em carnívoros e primatas. No entanto, neurônios seletivos de orientação foram encontrados em todas as espécies de roedores investigadas, embora intercaladas. Isso abre a questão de saber se a conectividade subjacente ao surgimento de propriedades de resposta cortical seletiva em animais com organização intercalada em comparação com mapas colunares segue um plano de conexões diferente. Os dados dos roedores até agora disponíveis são principalmente para espécies com hábitos noturnos ou crepusculares e tamanho pequeno do cérebro, dois fatores que também poderiam contribuir para desenvolver uma arquitetura funcional diferente.

Portanto, nos propusemos comparar a arquitetura funcional do córtex visual primário dos carnívoros com a de um grande roedor com hábitos diurnos e um tamanho de V1 comparável aos gatos e primatas pequenos. Para este fim, realizamos registros eletrofisiológicos multi-sitio usando matrizes espaciais no córtex visual de gatos (Felis catus) e agoutis (Dasyprocta aguti) anestesiados. Os estímulos visuais consistiram em grades orientadas, de várias frequências espaciais e temporais.

Em geral, os agoutis apresentaram índices de seletividade de orientação muito menores (mediana de OSI = 0,10) do que os gatos (mediana de OSI = 0,19). Para descrever a arquitetura funcional baseada nos dados eletrofisiológicos, quantificamos a diferença de preferência de orientação entre neurônios de acordo com a distância cortical entre eles. Como esperado, esta análise revelou uma característica diminuição lenta na similaridade de preferência de orientação neuronal para gatos. Nenhuma modularidade "clássica" foi encontrada para agoutis, mas um agrupamento de neurônios com preferência de orientação semelhante foi observado para distâncias curtas (< 250 um).

Em geral, nossos resultados são consistentes com as "mini-colunas" de preferência de orientação reportadas na literatura recente em camundongos e, portanto, reforçam as provas de que os mapas intercalados dos roedores não são aleatórios, como anteriormente assumido. Não podemos confirmar, no entanto, literatura teórica recente sugerindo que os agoutis podem ter mapas de preferências de orientação colunar "clássicos". A pesquisa futura deve se concentrar em compreender os circuitos, que levam a pequenos campos receptivos seletivos em agoutis e excelente desempenho visual, mesmo adotando uma arquitetura funcional diferente.

Eletrofisiologia extracelular é uma das principais ferramentas para o estudo da atividade neural em modelos animais. Além de possuir alta resolução temporal, essa técnica é estável o suficiente para permitir o registro dos animais em livre comportamento. Dentre as áreas estudadas pela eletrofisiologia, as regiões da formação hipocampal receberam destaque notável nas últimas décadas devido a sua relação com memória e navegação espacial, funções cognitivas essenciais na vida humana. Nesse sentido, vários correlatos neurais da codificação do espaço têm sido estudados para entender as bases do processamento neural. Entre eles, destacam-se as células de lugar, que aumentam sua taxa de disparo quando o animal se encontra em determinados locais. Nesta tese, exploramos a eletrofisiologia hipocampal em diversos níveis que abarcam o objetivo final de entender os diferentes mecanismos de codificação usados pelo cérebro através de três trabalhos. No primeiro trabalho abordamos o problema de classificação de disparos, que consiste em distinguir a identidade neuronal das formas de ondas detectadas pelo eletrodo extracelular. Investigamos o uso de misturas gaussianas para extração de características e clusterização das formas de onda. Após avaliar as melhores estratégias usando dados reais e simulados, comparamos a performance do nosso algoritmo com outros dois métodos de classificação de disparos. Nosso algoritmo, que combina as duas principais técnicas de extração de características com um novo método de redução de dimensionalidade, obteve resultados similares ou melhores aos outros dois métodos comparados. No segundo trabalho, analisamos métricas atuais utilizadas para encontrar células cujos disparos possuem informação relativa à navegação espacial, tais quais células de lugar, de velocidade, de direção da cabeça, entre outros. Usando dados simulados e reais, comparamos como a informação estimada por cada métrica se correlaciona com a informação empírica estimada por um classificador bayesiano. Nossos resultados revelaram que as duas principais métricas falham em detectar a informação presente em células com altas taxa de disparo basal, enviesando o universo de correlatos neurais encontrados. Por fim, no terceiro trabalho, exploramos as diferenças entre os dois mecanismos de codificação propostos para as células de lugar: codificação por taxa de disparo e por tempo de disparo. Analisamos a dinâmica de acoplamento das células de lugar às oscilações teta, comparando-a com a dinâmica do aumento da taxa de disparo. Nossos resultados revelaram uma assimetria entre os dois mecanismos, com o acoplamento às oscilações teta precedendo as mudanças mais significativas na taxa de disparo, o que corrobora a hipótese de que ambas codificações são independentes. Além disso, encontramos que as posições futuras do animal são mais extensamente representadas pela codificação temporal do que as posições passadas, indicando um possível papel desse mecanismo no planejamento da trajetória. Em suma, os resultados desta tese contribuem para o entendimento da codificação neural bem como para o desenvolvimento de novas metodologias no campo da eletrofisiologia hipocampal.

O treinamento baseado em mindfulness vem sendo utilizado com intuito de facilitar mecanismos adaptativos que mediam a redução de sintomas de ansiedade, depressão e estresse por meio do aumento da habilidade atencional, regulação emocional e, numa perspectiva mais ampla, o alcance de uma boa qualidade de vida. O presente estudo analisa as variáveis relacionadas aos perfis de atenção sustentada, interocepção, ansiedade, afeto e marcadores da resposta ao estresse agudo em adultos jovens submetidos a um treinamento baseado em mindfulness durante 30 minutos, em três dias consecutivo. Os dados eletrofisiológicos, hormonais e comportamentais foram coletados nas situações pré e pós intervenção em um grupo controle ativo (n=20) e um grupo experimental (n=20). Os resultados evidenciaram diferenças entre grupos relacionadas a interocepção, mindfulness e atenção sustentada após o treinamento, a partir de medidas psicológicas e análises de potenciais evocados. Além disso, análises intragrupo indicaram redução de ansiedade, aumento de sensibilidade interoceptiva e de estado de mindfulness após a intervenção no grupo experimental, além de redução no afeto negativo e estresse percebido em ambos os grupos. Nesse sentido, sugere-se que a intervenção breve baseada em mindfulness impacta positivamente no desempenho cognitivo e emocional dos indivíduos e estes resultados são consistentes com outros estudos da literatura que apresentam intervenções mais longas utilizando o treinamento mindfulness em diferentes populações e contextos.

A ayahuasca é uma bebida com propriedades psicodélicas amplamente utilizada por populações indígenas da região amazônica. Esse preparo contém a triptamina psicodélica N,N-dimetiltriptamina (DMT), e inibidores da monoamina oxidase (iMAO), como harmina e harmalina. A ayahuasca é considerada um psicodélico serotonérgico, e que pode levar a um estado alterado de consciência com semelhanças a uma experiência onírica, com intensas alterações na percepção, pensamentos, humor, emoção, e experiências tidas como místicas. Correlatos neurais dos efeitos agudos da ayahuasca têm sido investigados por diferentes técnicas de neuroimagem funcional, incluindo a eletroencefalografia (EEG). Neste trabalho exploramos mudanças espectrais de EEG em 50 voluntários saudáveis, utilizando desenho randomizado duplo-cego placebo-controlado. Metade recebeu uma sessão com a ayahuasca, a outra metade com placebo. Após a administração da substância, os voluntários foram monitorados durante 4 horas por um equipamento de EEG. A fim de melhorar a qualidade dos dados, os voluntários foram solicitados a realizar 2 tarefas simples em três instantes específicos: antes da ingestão, 2h e 4 horas após a ingestão. Na primeira tarefa, deveriam tentar permanecer acordados, e intercalar períodos de 20 segundos de olhos abertos, e 40 segundos de olhos fechados, durante 5 minutos. Na segunda tarefa, eles deveriam permanecer de olhos fechados, tentando se manter acordados, por outros 5 minutos. A análise espectral (2h) revelou que a potência de alfa é significativamente menor no grupo ayahuasca que no placebo nas regiões occipital e temporoparietal à direita. Encontramos, ainda, aumento significativo em 2h na potência de teta na região temporoparietal à direita. A análise de correlação revelou correspondências entre a potência de alfa (2h) e a pontuação obtida em duas escalas sensíveis aos efeitos de psicodélicos – a Hallucinogen Rating Scale (HRS) e o Mystical Experience Questionnaire (MEQ). Apresentamos, ainda, achados de traçados curiosos, encontrados na inspeção visual dos traçados de EEG. De modo geral, nossos resultados sugerem que a inibição das oscilações alfa em regiões posteriores do cérebro desempenha papel importante na experiência psicodélica, talvez compartilhando mecanismos presentes durante a experiência onírica. 

               Para atribuir sentido a uma seqüência de sons de uma música, nosso cérebro precisa encaixar e recombinar eventos acústicos em um fluxo continuo dentro de uma hierarquia sintática. Embora essas unidades de informação sejam ouvidas em seqüências com conexões locais (uma após a outra), assume-se que dependências de longo prazo são estabelecidas contando com traços de memória para sustentar a recursividade no tempo. Apesar disso ser um consenso teórico e empírico, ainda não existe uma evidência fisiológica clara da dimensão temporal das relações sintáticas na música.

              Nós investigamos se há atividade neural quantificável da existência de uma representação mental para regras fundamentais de sintaxe músical, como os acordes tônica-dominante-tônica. Para tal, utilizamos eletroencefalografia (EEG) comparamos a atividade elétrica do cérebro em 24 indivíduos (12 músicos, 12 não músicos) produzida por versões originais e harmonicamente modificadas de corais de J. S. Bach. Os corais eram compostos por duas frases: a primeira iniciada por um acorde de tônica e chegando a um acorde dominante dois compassos depois (primeira frase), e a segunda concluiu em um acorde de tônica três compassos após a dominante. As versões modificadas foram criadas elevando ou diminuindo as notas da primeira, mantendo assim a segunda frase intacta. Comparamos a resposta elétrica do cérebro para o último acorde em ambas as versões.

As oscilações corticais gama (30 - 90 Hz) têm sido implicadas em vários processos cognitivos, como a ligação perceptual e a atenção. Até agora, a maioria das evidências que servem de suporte para esta hipótese está baseada em estudos a partir do uso de estímulos simples e artificiais, como grades e barras luminosas. Recentemente, no entanto, estudos experimentais utilizando imagens naturais levaram a conclusões conflitantes. Em um paradigma em humanos que requeria fixação mantida, sinais eletrocorticográficos (ECoG) mostraram gama para grades, mas não para imagens estáticas ou ruído rosa (Hermes et al., 2015). Contrariamente, a análise dos sinais ECoG no córtex visual de macacos-reso revelou fortes componentes gama para livre observação de cenas naturais (Brunet et al., 2015). Neste estudo, temos por objetivo esclarecer essas discrepâncias utilizando-se de um paradigma que permitiu comparações diretas entre uma condição de fixação versus uma condição de observação livre, tanto para estímulos simplificados (grades móveis e estáticas) quanto para cenas naturais (imagens estáticas e em movimento). Registros de potenciais de ação e de potenciais de campo locais (LFPs) foram obtidos para a representação central e periférica de V1. Nossos resultados demonstram que em macacos-capuchinhos (N = 3 macacos), como descrito anteriormente em macacos-resos e em humanos, gama é caracteristicamente forte quando parâmetros do estímulo, como tamanho, orientação e velocidade, são definidos para a ativação ótima das células. Comparações entre condições de fixação e de livre observação e grades versus estímulos naturais revelaram que a gama é sempre forte para estímulos de grade de orientação ótima, independentemente da condição de visualização (N = 93 sítios de registro, 2 macacos). Entretanto, a gama está surpreendentemente ausente durante a livre visualização de imagens e filmes naturais. Achados negativos semelhantes também foram obtidos quando os macacos foram expostos a cenas do mundo real, como objetos e outros animais no laboratório. Os presentes resultados sugerem que, no córtex visual, respostas fortes e restritas na faixa gama são principalmente associadas à ativação seletiva das populações celulares que compartilham propriedades de resposta similares. Portanto, a gama pode ser vista como um fenômeno de ressonância da conectividade cortical subjacente. Em geral, nossos resultados minimizam a importância da gama como um mecanismo cortical chave para a visão.

Nos seres humanos, o processamento da informação sonora possibilitou o aparecimento da linguagem e da música. A altura sonora (do inglês, pitch), que permite a construção da melodia de uma música e da prosódia no discurso falado, é um desses atributos. A percepção da altura é uma habilidade universal, contudo alguns indivíduos se destacam por serem capazes de identificar ou produzir um tom em uma altura particular sem o uso de uma referência externa. Essa habilidade é popularmente conhecida por “Ouvido Absoluto” (em inglês, absolute pitch ou perfect pitch). No entanto, os mecanismos neurais responsáveis por tal habilidade ainda não são totalmente conhecidos. O presente trabalho tem o objetivo de contribuir para o entendimento dos processos neurais envolvidos na percepção de alturas em indivíduos com a habilidade de Ouvido Absoluto (OA). No nosso primeiro estudo, avaliamos a prevalência do OA em uma população local de músicos (Escola de Música, UFRN). Para isso, utilizamos de ferramentas psicofísicas e um questionário. Nesse trabalho inicial, observamos que a habilidade do OA não se apresenta como um processo do tipo "tudo-ou-nada", mas sim com diferentes níveis de desempenho: desde as pessoas que acertam abaixo do acaso, aumentando gradativamente a performance até chegar aos 100%. Enquanto limiares tradicionais (~85%) mostraram uma prevalência de OA similar àquela observada em músicos da Europa e Estados Unidos, a aplicação de um limiar estatístico resultou em uma prevalência similar àquela descrita em populações de conservatórios de música. Além disso, mostramos que indivíduos com OA tem maior preferência de acerto para as chamadas notas naturais (aquelas relacionadas às teclas brancas no piano) em comparação com as ditas acidentadas (relacionadas às teclas pretas, que são as notas sustenidas ou bemóis). Econtramos também que indivíduos com OA apresentam início mais precoce do treinamento musical. Finalmente, mostramos que quanto maior a proficiência musical, maior a prevalência dessa habilidade. Num segundo estudo, utilizamos potenciais evocados auditivos do tronco encefálico (PEATE) para quantificar a ativação de núcleos do tronco encefálico no processamento de alturas de indivíduos com OA. Nesse trabalho, mostramos a presença de respostas sustentadas (mas não transientes) com maior energia em indivíduos com OA do que em músicos sem essa habilidade. Observamos também que a amplitude dessa resposta sustentada correlaciona-se com o tempo de reação em um teste de nomeação de alturas. Esses resultados sugerem que indivíduos com OA possuem maior refinamento no processamento da informação acústica nos primeiros estágios do processamento auditivo, contribuindo assim para uma maior automatização da identificação de alturas. Acreditamos que esses resultados, como um todo, poderão facilitar entendimento das relações entre o desenvolvimento do sistema nervoso e o aprendizado musical, contribuindo assim para a elaboração de novas técnicas de ensino de música e programas de treinamento.

Entender comportamentos humanos complexos como a linguagem e suas variações em diferentes situações é um importante objeto de estudo há muitos anos. Uma abordagem naturalística e quantitativa para medir precisamente variações de linguagem do ponto de vista estrutural e semântico apontam para um avanço nessa área, possibilitanto-nos medir variações manifestadas em discurso livre que refletem declínio cognitivo em situções patológicas, como nas psicoses, ou no desenvolvimento cognitivo em crianças em aprendizado, e até mesmo durante o processamento de memórias em estados fisiológicos alterados de consciência, como o que ocorre durante os sonhos. Nesse trabalho iniciaremos discutindo a elaboração de ferramentas para ánalise de estrutura da fala inspiradas nas descrições psicopatológicas de doenças mentais, sua aplicação para diagnóstico diferencial de psicose e demências, assim como a aplicação de ferramentas semânticas para predição de episódios psicóticos. Seguiremos
ampliando esse olhar para fora do patológico, observando como variam essas medidas de estrutura da linguagem com o desenvolvimento cognitivo saudável e sua relação com a educação, vendo em uma população ampla com grande variação de idades como se dá o desenvolvimento dessas medidas ao longo do desenvolvimento educacional e seus correlatos com o desenvolvimento da literatura. Finalizaremos aplicando ferramentas de similaridade semântica como estratégia para medir reverberação de memórias durante os sonhos e seus correlatos eletrofisiológicos em um experimento de transição entre vigília e sono. Podemos concluir a partir dos dados gerados que essas ferramentas apresentam grande potencial para melhorar a precisão na medida de comportamentos humanos complexos expressos na fala, de maneira naturalística, possibilitando investigações intrigantes sobre
cognição e a consciência humana.

 Recentes ensaios clínicos abertos têm sugerido o potencial antidepressivo de psicodélicos serotonérgicos, como é o caso da ayahuasca e psilocibina. A ayahuasca é uma substância utilizada há centenas de anos por povos indígenas da bacia amazônica. Essa bebida é geralmente preparada a partir de duas plantas, uma contendo a triptamina psicodélica N,N-dimetiltriptamina, um agonista de receptores serotonérgicos e sigma-1. A outra planta contém potentes inibidores reversíveis da monoamina oxidase A, como a harmina, harmalina e tetrahidroharmina. Em um ensaio clínico recente, 17 pacientes com depressão resistente ao tratamento foram submetidos a uma única sessão com a ayahuasca, e a severidade dos sintomas avaliados por escalas clínicas para a depressão, nesse caso a Escala de Avaliação de Depressão de Montgomery-Åsberg (MADRS) e a escala de Hamilton (HAM-D). Os resultados sugerem melhora significativa já nas primeiras horas após a ingestão, efeito esse mantido por 21 dias. Apesar de promissor, esse estudo não controlou o efeito placebo, que é alto, chegando a alcançar 40%, em ensaios clínicos para depressão. Esta tese faz parte de um ensaio clínico duplo-cego randomizado placebo-controlado em 35 pacientes com depressão unipolar resistente ao tratamento. Um grupo de voluntários controles saudáveis também foi avaliado. Os pacientes receberam uma única dose de ayahuasca ou placebo. Um dia antes e um dia depois da administração da substância, os pacientes participaram de uma série de testes e avaliações, incluindo escalas psicométricas e imagem por ressonância magnética funcional (fMRI), realizados no decurso de uma sessão experimental de quatro dias. A severidade da depressão foi aferida por duas escalas clínicas: MADRS e HAM-D. As avaliações foram realizadas um dia antes (linha de base), e um, dois e sete dias após a sessão de tratamento. Observamos efeitos antidepressivos significativos da ayahuasca quando comparados ao placebo em todos os instantes de tempo avaliados (D1, D2 e D7). Os escores da MADRS foram significativamente menores no grupo da ayahuasca, em comparação com o placebo. Da mesma forma, as pontuações da HAM-D foram significativamente diferentes entre os grupos no D7. Os tamanhos do efeito entre os grupos aumentaram de D1 para D7. As taxas de resposta (redução de 50% nos sintomas) foram elevadas para ambos os grupos nos dias D1 e D2. Já sete dias após a sessão, a taxa de resposta foi significativamente maior no grupo ayahuasca que no placebo (64% ayahuasca x 27% placebo). Nesse mesmo ponto de avaliação, a taxa de remissão foi marginalmente maior no grupo ayahuasca que no placebo (p<0.056, 36% ayahuasca x 7% placebo). Além disso, investigamos a relação entre os efeitos antidepressivos e os efeitos psicodélicos agudos da ayahuasca, avaliados pela Escala de Avaliação Alucinógena (HRS, Hallucinogenic Rating Scale) e o Questionário de Experiência Mística (MEQ30, Mystical Experience Questionnaire). Os resultados sugerem que efeitos psicodélicos mais intensos, estão correlacionados a taxas de resposta maiores no D7. Por fim, para investigar as bases neurais dos efeitos antidepressivos da ayahuasca, utilizamos dados de fMRI adquiridos durante a realização de um protocolo de regulação emocional e durante o estado de repouso (resting state), um dia antes e um dia após a sessão de tratamento. Observamos mudanças na amígdala, ínsula, e na porção subgenual do giro do cíngulo. Este é o primeiro ensaio clínico, duplo-cego, controlado, a testar o uso de uma substância psicodélica para a depressão resistente ao tratamento. Em conjunto, nossos resultados trazem novas evidências que apoiam a segurança e o valor terapêutico da ayahuasca, administrada dentro de um cenário apropriado, para ajudar a tratar a depressão.

Estudos recentes têm demonstrado que o reconhecimento da lateralidade de mãos em uma perspectiva de segunda pessoa engaja processos de imagética motora. No entanto, pouco se sabe sobre a atividade e contribuição das regiões sensório-motoras corticais nesse processo. O objetivo do presente estudo é mostrar como a rotação mental de estímulos visuais de partes do corpo influenciam o processamento neural dessas regiões através da modulação da atividade oscilatória de grupos neuronais nas faixas alfa e beta. Para tanto, realizamos a análise da perturbação espectral relacionada ao evento (ERSP) do registro eletroencefalográfico (EEG) de 20 sujeitos engajados no reconhecimento da lateralidade de mãos apresentadas em uma tela de computador. Os resultados mostram que a supressão da amplitude das frequências alfa e beta foi maior nas regiões sensório-motoras e que características do estímulo (como orientação da mão, visão, postura de dedos e lateralidade) são capazes de modular esses componentes oscilatórios em diferentes regiões, sugerindo etapas distintas para o processamento da tarefa cognitiva.

A epilepsia do lobo temporal (ELT) é a forma mais frequente de epilepsia em adultos, caracterizada clinicamente por um quadro progressivo de crises epilépticas com foco no lobo temporal, em particular no hipocampo. Dentre os modelos animais, os mais utilizados na investigação dos mecanismos fisiopatológicos desta condição geram crises recorrentes espontâneas através da indução inicial de um estado convulsivo sustentado (status epilepticus, SE) – por administração do agonista glutamatérgico ionotrópico, ácido caínico (AC) ou do agonista colinérgico muscarínico, pilocarpina (PILO). Entretanto, o uso de injeções sistêmicas e a falta de controle preciso sobre a duração do SE geram alta mortalidade, morte celular dispersa e grande variabilidade comportamental durante a fase crônica da epilepsia, o que difere em vários aspectos do quadro humano. A nosso ver, este padrão decorre da ação sistêmica da droga e da dificuldade de controlar a atividade eletrográfica/tempo de SE a que cada animal é submetido, influenciando a dinâmica da epileptogênese. Portanto, este projeto teve como objetivo gerar modelos de TLE por infusão intra-hipocampal de AC e PILO em ratos e analisar seus comportamentos e atividade eletrofisiológica durante o SE. Vale ressaltar que ainda não há estudos eletrofisiológicos aprofundados sobre o modelo de PILO intra-hipocampal. Para isto, implantamos feixes de microeletrodos bilateralmente no hipocampo e unilateralmente no córtex pré-frontal medial (CPFm), junto a uma cânula no hipocampo ventral para infusão de AC ou PILO. Após a indução do SE analisamos a progressão comportamental e eletrofisiológica dos animais. O SE foi bloqueado após 2h por um coquetel anti-convulsivante mais potente do que o utilizado na maioria dos estudos atuais e os animais foram acompanhados por registros contínuos de vídeo-EEG sincronizado por até 72h. Sete dias após o SE, os animais foram sacrificados e seus cérebros retirados para verificação histológica da posição da cânula e eletrodos. Os registros de vídeo e de EEG foram analisados por inspeção visual e técnicas de análise de séries temporais. Nossos resultados mostraram que os animais PILO apresentam 1^a crise comportamental com menor latência do que os animais tratados com AC, porém com severidade mais variável (AC: 90% animais classe 1 vs. PILO: 50% animais ≥classe 3, escala de Racine). Animais PILO também tiveram menor número de comportamentos do tipo wet-dog shakes que os animais AC, associado a um início de SE precoce comparado aos animais AC. Do ponto de vista eletrofisiológico, observamos oscilações de alta frequência (>150 Hz), comumente observadas na fase crônica da epilepsia, logo após a injeção de ambos convulsivantes (15-40 min antes do início do SE) concomitante às primeiras crises eletrográficas. Por fim, identificamos que o SE em ambos modelos exibe uma organização modular da atividade paroxística com vários níveis de ritmicidade sobrepostos. Nossos resultados indicam uma maior epileptogenicidade da PILO em relação ao AC e, que estas drogas produzem SE com dinâmicas distintas. Pudemos observar uma composição com módulos de oscilações sobrepostas repetidos periodicamente, módulos de hipersincronia sem oscilações acopladas e segmentos de atividade assíncrona. Nossos dados ressaltam a importância do registro eletrográfico durante o SE para melhor controlar as respostas individuais durante o SE.

Estudos recentes em psiquiatria computacional (Mota et al., 2012; Mota et al., 2014, Mota et al., em preparação) apontam diferenças estruturais significativas entre os discursos de pacientes com psicose e de sujeitos saudáveis. A análise de grafos de relatos destes sujeitos permite quantificar sintomas da psicose esquizofrênica, caracterizada por fala pobre, repetitiva e com baixa conectividade entre as palavras. Nos anos 1970, Julian Jaynes propôs que a psicose foi socialmente prevalente até cerca de 1.000 anos a.C. Esta conjectura foi inicialmente testada por Diuk et al. (2012), que utilizaram análise de semântica latente para analisar o nível de similaridade com o conceito de introspecção em textos judaico-cristãos e greco-romanos do último milênio a.C. Neste trabalho buscamos investigar a hipótese de Jaynes através da realização da análise de grafos em 448 textos históricos, datados de 3000 a.C. a 2010 d.C. Atributos de grafo de seis diferentes culturas da Eurásia (Siro-Mesopotâmica, Egípcia, Hindu, Persa, Judaico-Cristã, Greco-Romana) e três grupos de literatura mais recente (Medieval, Moderna, Contemporânea) revelam um padrão claro de aumento da diversidade de palavras e de conectividade, com diminuição das recorrências ao longo do tempo. Os resultados são compatíveis com a teoria de que a psicose é um traço ancestral da espécie humana.

A Doença de Parkinson (DP) é um distúrbio motor relacionado ao envelhecimento que atualmente acomete de 1-2% da população mundial acima dos 60 anos. No Brasil, estima-se que esta acometa aproximadamente 600 mil indivíduos, configurando-se como uma enfermidade de importância para países em processo de incremento da expectativa de vida. A epidemiologia da DP revela fatores de risco intrínsecos e extrínsecos ao paciente que definem a chance de desenvolvimento do distúrbio. Mutações pontuais e polimorfismos com significado funcional são tidos como fatores genéticos predisponentes, enquanto a exposição a pesticidas e toxinas destacam-se como fatores ambientais. No entanto, poucos estudos em modelos animais focam em investigar a interação entre estes fatores. Isto pode ser alcançado comparando-se os efeitos de substâncias indutoras de parkinsonismo em linhagens de ratos com diferentes contextos genéticos. Recentemente, o tratamento repetido com baixas doses de reserpina – um inibidor irreversível do transportador vesicular de monoaminas (VMAT2) – foi proposto como um modelo progressivo para a DP. Sob este regime de tratamento, roedores apresentam, de forma progressiva, comprometimento motor, cognitivo, e alterações neuroquímicas compatíveis com a fisiopatologia da DP. Em paralelo, comparados a ratos Wistar, animais da linhagem SHR (Spontaneously Hypertensive Rats) são resistentes à indução da discinesia oral pelo tratamento agudo com reserpina. Em vista destes achados, nós buscamos avaliar se ratos SHR seriam resistentes aos déficits motores e alterações neuroquímicas quando submetidos ao modelo progressivo para DP induzido por reserpina. Portanto, nós submetemos ratos Wistar e SHR ao tratamento agudo (1 mg/kg) ou repetido (15 injeções de 0,1 mg/kg, em dias alternados) com reserpina e investigamos a progressão dos déficits motores nas tarefas de catalepsia em barra, discinesia oral, e atividade espontânea em campo aberto. Observamos então que, para ambos os regimes de tratamento, animais SHR se mostram resilientes ao prejuízo motor em todas as dimensões motoras avaliadas. Ainda, estas diferenças se manifestaram tanto na latência para o surgimento do comprometimento motor como para a magnitude deste. Estas alterações foram ainda acompanhadas por decréscimo na expressão da tirosina hidroxilase (TH) e incremento na expressão de α-sinucleína na via nigro-estriatal de ambas linhagens submetidas ao tratamento com reserpina. Estas alterações neuroquímicas resultantes do tratamento com reserpina também se refletiram nos níveis de monoaminas – dopamina e serotonina – na via nigro-estriatal destes animais. De modo geral, como no comportamento motor, animais SHR apresentaram atraso para a depleção de monoaminas e menor magnitude deste efeito. Em conclusão, os resultados aqui apresentados claramente corroboram a resiliência de ratos SHR ao modelo progressivo da DP. Estes achados expõem novos alvos potenciais para as diferenças neuroquímicas, moleculares e genéticas na linhagem SHR relevantes para o estudo da susceptibilidade à DP.

As principais vias aferentes ao hipocampo vêm do córtex entorrinal e fazem parte de um loop que retorna ao entorrinal após passar pelo giro denteado, e pelas subareas do hipocampo CA3 e CA1. Desde a descoberta nos anos 50 de que o hipocampo está envolvido na formação de memórias, esta região vem sendo extensivamente estudada. Além desta função mnemônica, o hipocampo também está associado a navegação espacial. Em camundongos e ratos, células de lugar exibem um aumento da taxa de disparo relacionado à posição do animal. O local do ambiente onde uma determinada célula de lugar se ativa é chamado de campo de lugar. A taxa de disparo das células de lugar é máxima quando o animal está no centro do campo de lugar, e diminui a medida que ele se afasta desse ponto, sugerindo a existência de uma codificação espacial baseada em taxa de disparos. Entretanto, pesquisas prévias vêm mostrando a existência de oscilações hipocampais em múltiplas frequências e ligadas a diferentes estados comportamentais, e muitos acreditam que estas oscilações são importantes para uma codificação temporal. Em particular, oscilações teta (5-12 Hz) possuem uma relação espaço-temporal com as células de lugar conhecida como precessão de fase. Na precessão, a fase de disparos da célula de lugar muda gradualmente do pico de teta para o fundo e, posteriormente, para a fase ascendente, a medida que o animal atravessa o campo de lugar. Além disso, as teorias vigentes sugerem que CA1, a porta de saída do hipocampo, intermediaria a comunicação com o córtex entorrinal e CA3 através de oscilações em diferentes frequências chamadas, respectivamente, de gama alto (60-100 Hz; HG) e gama baixo (30-60 Hz; LG). Essas oscilações se relacionam com teta, estando aninhadas dentro de cada ciclo desta frequência mais lenta. Nesta dissertação, utilizamos dados disponibilizados online para fazer análises computacionais visando reproduzir resultados clássicos e recentes acerca da atividade das células de lugar no hipocampo de ratos em livre movimento. Em particular, nós revisitamos o debate sobre a relação da precessão de fase com variações na taxa de disparos e na posição do animal no campo de lugar. Concluímos que este fenômeno não pode ser explicado por nenhuma dessas variáveis sozinha, e sim pela interação entre elas. Nós também realizamos novas análises investigando as propriedades das células de lugar em relação às oscilações. Nós mostramos que o nível de modulação dos disparos por teta afeta apenas levemente a informação espacial contida nas células de lugar, enquanto a fase de disparo média não tem nenhuma influência na informação espacial. Também encontramos que as células de lugar estão moduladas por teta quando disparam fora do campo de lugar. Além disso, nossos resultados mostram que o disparo das células de lugar dentro do ciclo de teta segue os padrões de modulação de HG e LG por teta presentes nos potenciais de campo local de CA1 e córtex entorrinal. Por último, achamos um acoplamento fase-amplitude em CA1 associado apenas aos disparos dentro do campo de lugar na faixa de 40-80 Hz. Concluímos que o disparo de células de lugar está ligado a estados de rede refletidos no potencial de campo local e sugerimos que a atividade dessas células sejam interpretadas como um estado dinâmico ao invés de uma propriedade fixa da célula.

Os estudos revelam que nas ultimas décadas ocorreu uma diminuição na duração do sono.  Os compromissos sociais, como o trabalho e a escola, muitas vezes não estão alinhados ao “tempo biológico” dos indivíduos. Somado a isso, observa se uma menor força do zeitgeber causada pela menor exposição à luz de dia e maior à noite. Isso gera um débito de sono crônico que é compensado nos dias livres ocorrendo semanalmente uma restrição e extensão do sono denominada de Jet lag social. A privação de sono vem sendo associada à obesidade, risco cancerígeno e cardiovascular. Sugere-se que o sistema nervoso autonômico seja um caminho que relaciona os problemas do sono às doenças cardiovasculares. No entanto, além das evidências demonstradas por pesquisas com uso de modelos de privação de sono de forma aguda e controlada, são necessários estudos investigando efeitos da privação do sono de forma crônica como ocorre no Jet lag social. O objetivo deste estudo foi investigar a influência do Jet lag social em marcadores circadianos de atividade-repouso e cardíacos em estudantes de medicina. Trata-se de um estudo transversal e observacional realizado no departamento de fisiologia pelo Laboratório de Neurobiologia e Ritmicidade Biológica (LNRB) da UFRN. Participaram da pesquisa estudantes de medicina matriculados no 1º período do curso da UFRN. Foram utilizados os seguintes instrumentos: Questionário Cronotipo de Munique (MCTQ); Questionário para identificação de indivíduos matutinos e vespertinos (MEQ ou HO); Índice de qualidade do sono de Pittsburgh; Escala de Sonolência de Epworth; Actímetro; Cardiofrequencímetro. Foram analisadas variáveis de caracterização do sono, não paramétricas (IV60, IS60, L5 e M10) e índices cardíacos no domínio do tempo (intervalo RR, FC, SDNN, RMSSD, STD HR, NN50, pNN50), frequência (LF, HF, LF/HF) e não linear (SD1, SD2, SD1/SD2). Realizou-se análise estatística descritiva, comparativa e correlação com uso do programa SPSS versão 20. Participaram do estudo 41 estudantes, 48,8% (20) mulheres e 51,2% (21) homens, 19,63 ± 2,07 anos. O Jet lag social teve uma média de 02:39h ± 00:55h, 82,9% (34) com Jet lag social ≥ 1 hora e houve correlação negativa com escore cronotipo de Munique evidenciando maior privação do sono em indivíduos com tendência à vespertinidade. 90,2% (37) tiveram qualidade do sono ruim (X² = 26,56, p < 0,001) e 56,1% (23) sonolência diurna excessiva (X² = 0,61, p = 0,435). Observou-se diferença significativa dos valores de LFnu, HFnu e LF/HF entre os grupos de Jet lag social < 2h e ≥ 2h e houve correlação do Jet lag social com LFnu (rs = 0,354, p = 0,023), HFnu (rs = - 0,354, p = 0,023) e LF/HF (rs = 0,355, p = 0,023). Verificou-se ainda associação negativa entre IV60 e índices no domínio do tempo e não lineares. Sugere-se que a privação crônica de sono pode ter associação com maior atividade simpática promovendo maior risco cardiovascular.

Early physiologists were dazzled by the occurrence of high-amplitude, periodic oscillations, easily discernible in recording traces from the eye, optic tract and optic ganglia. Numerous studies thereafter pointed to retinal ganglion cell as the elements responsible for the generation of these fast rhythms, which were known to propagate to the lateral geniculate and to the cortex. Only recently, however, these early observations gained renewed interest, mainly in the light of recent theories linking neuronal oscillations to various cognitive processes, such as perceptual binding, attention and memory. In this context, fast retinal oscillations (FRO) have been associated to the binding of contiguous contours or surfaces, which in principle could support a fast feedforward segmentation process. In addition, a series of experiments in the cat have shown that FRO may convey global stimulus properties, such as size.

A limitation in these previous studies, however, was that most of them where were made in the anesthetized and paralyzed cat. Only a few early studies have been performed in the non-anesthetized but still paralyzed cat. Another concern was that, in these latter experiments, visual stimuli were often limited to ganzfeld flashes, far from natural vision conditions. Moreover, very recently we made the surprising discovery that FRO depend strongly on halothane (and isoflurane) anesthesia. It was therefore imperative to verify whether FRO are present or not in the awake cat, in naturalistic conditions, such as during free-viewing of a visual scene. This is the main goal of the present study.

Simultaneous multiple-electrode recordings were made from the LGN and the retina of anesthetized cats (N= 3) and from the LGN of an awake cat (N= 1). Comparisons were made for responses to natural movies and flashed stationary light stimuli. To test specifically the role of FRO in encoding stimulus size we designed a protocol made of a light circle of varying size along the trial. Spike sorting techniques allowed us to study separately the ON- and OFF-components of the responses. Analysis consisted in measuring synchronous oscillations for single cell spiking activity in the time (sliding correlation analysis) and spectral domains (multitaper spectral analysis, multitaper coherence). Our present results based on single-cells extend our previous findings in the anesthetized cat, which were restricted to an autocorrelation analysis of LGN mutiunitary responses. Both ON- and OFF-responses to varying size stimuli show that coherent oscillations appear only after the stimulus attained a minimum size of about 5°, suggesting that FRO is rather limited in encoding subtle changes in stimulus size. Recordings obtained directly from the retina showed that FRO are highly dependent on halothane anesthesia levels. Notably, in a series of sessions we were able to record LGN responses in an awake cat, which was subsequently anesthetized by halothane, keeping the same recording site. FRO were completely absent in the awake condition and appeared strong as usual during the halothane anesthesia.

   Os recentes avanços técnicos das duas últimas décadas para o registro de sinais neuroeletrofisiológicos foram essenciais para que se testassem hipóteses há muito propostas acerca de como células nervosas processam e armazenam informação. No entanto, ao permitir maior detalhamento dos dados coletados, as novas tecnologias levam inevitavelmente ao aumento de sua complexidade estatística e, consequentemente, à necessidade de novas ferramentas matemático-computacionais para sua análise.

Os objetivos da presente tese foram os de investigar padrões comportamentais e eletrofisiológicos associados à resiliência e suscetibilidade ao estresse social induzido em camundongos. Para isso, foi utilizado um protocolo de indução de estresse crônico contínuo a partir de derrotas sociais baseado no paradigma intruso-residente. Os resultados da tese são apresentados em dois estudos. No primeiro estudo, camundongos C57BL/6j submetidos a repetidos episódios de derrota social apresentaram motivação tardia para interagir com um camundongo desconhecido em sessões prolongadas (10 min) do teste de interação social. Utilizando uma abordagem etológica associada à análise computacional de vídeos foi possível rastrear precisamente a posição dos camundongos durante a realização de comportamentos de investigação social. Com isso, foi analisada a expressão detalhada de comportamentos defensivos, tais como investigação em postura estendida e fugas, associados ao comportamento de investigação social. A partir dessas análises, foi demonstrado que a realização do comportamento de investigação social em postura estendida foi significativamente maior para o grupo derrotado em comparação com o grupo controle. Ainda, um subgrupo de camundongos derrotados apresentou investigação social em postura estendida de forma persistente e sem habituação. Utilizando uma medida da distância de investigação durante as investigações sociais foi possível calcular um índice de aproximação (IA) para cada animal e separar um subgrupo apresentando fenótipo relacionado à ansiedade. A incidência de fugas também foi maior no grupo derrotado em comparação com os controles. A persistência na ocorrência desse comportamento foi observada em um subgrupo de camundongos submetidos às derrotas sociais. Calculamos então um índice de fugas (IF) que se correlacionou inversamente com a preferência por sacarose, sendo útil para identificar animais anedônicos. No segundo estudo, foram combinados análise etológica e registros eletrofisiológicos com tetrodos na área tegmentar ventral de camundongos submetidos à derrotas sociais. Utilizando critérios eletrofisiológicos e farmacológicos, foram classificadas as unidades registradas na área tegmentar ventral como supostos neurônios dopaminérgicos e não-dopaminérgicos. Foram analisadas a atividade desses neurônios durante o comportamento de investigação social e observado que a modulação da taxa de disparo dessas subpopulações neuronais distintas ocorreu de maneira oposta em animais suscetíveis e resilientes ao estresse social. Em suma, propomos que sessões prolongadas associadas à análise etológica detalhada durante os testes de interação social podem prover informação para classificação de camundongos em resilientes e susceptíveis após repetidas derrotas sociais. Ainda, a expressão do fenótipo suscetível parece estar associada ao comprometimento do sistema dopaminérgico mesolímbico na atribuição de valor de incentivo às interações sociais normalmente associadas ao aumento da atividade neuronal mesolímbica.

Hebb propôs que sinapses entre neurônios que disparam de forma síncrona são fortalecidas formando assembleias de células e sequências de fase. A primeira, numa escala menor, é um conjunto de células sincronizadas, que funcionam de forma transitória como um sistema fechado de processamento; a última, numa escala maior, corresponde à ativação sequencial de assembleias de células neuronais capazes de representar percepções e comportamentos. Atualmente, o registro de grandes populações neuronais permite a detecção simultânea de diversas assembleias neuronais. No âmbito da teoria de Hebb, o próximo passo lógico é a análise das sequências de fase. Neste trabalho investigamos seqüências de fase como padrões de ativações consecutivas de assembleias, analisando a relação entre comportamento animal e atributos de grafos de assembleias. Foram estudados trens de disparo neuronal registrados no hipocampo e neocórtex de 5 ratos adultos, antes, durante e depois da exploração de novos objetos (períodos experimentais). Para definir um grafo de assembleia, cada assembleia correspondeu a um nó, e cada aresta correspondeu à sequência temporal de ativação de nós consecutivos. A soma da ativação de todas as assembleias foi proporcional à taxa de disparo, mas a atividade de assembleias individuais não. O repertório de assembleias permaneceu estável ao longo dos períodos experimentais, indicando que a experiência com novos objetos não criou novas assembleias no rato adulto. Os atributos de grafos das assembleia, por outro lado, variaram significativamente entre os estados comportamentais e períodos experimentais e foram distintos o suficiente para permitir a classificação automática dos períodos experimentais (classificador Naive Bayes; AUROCs
máximas variaram entre 0,55 a 0,99) e estados comportamentais (vigília, sono de ondas lentas e sono de movimento rápido dos olhos; AUROCs máximas variaram entre 0,64 e 0,98). Nossos achados reforçam a teoria Hebbiana de que as assembleias neuronais correspondem a estruturas primitivas de representação, quase inalteradas na maturidade, enquanto as seqüências de fase são instáveis entre os estados comportamentais e mudam após novas experiências. Os resultados são compatíveis com um papel das sequências de fase no comportamento e cognição.

O ritmo teta consiste em uma oscilação eletrofisiológica hipocampal presente em várias espécies de mamíferos (4-12 Hz, com variações entre espécies). Essa oscilação está presente durante a vigília ativa de ratos e também é predominante no PCL desta espécie durante o sono de movimento rápido dos olhos (sono REM). Vários trabalhos demonstraram que o ritmo teta é importante em tarefas cognitivas. O septo medial é uma região importante na geração do ritmo teta hipocampal. Possui projeções colinérgicas, GABAérgicas e glutamatérgicas para o hipocampo, que por sua vez, possui projeções de feedback para o septo. Além do septo, outras regiões estão envolvidas na regulação do teta, formando uma rede complexa de interação e coordenação entre áreas que resultam no ritmo. A optogenética é uma ferramenta desenvolvida recentemente que tem sido amplamente utilizada em pesquisas de diversas áreas. Ela nos permite manipular a atividade elétrica de neurônios através de estimulação luminosa. A técnica consiste em, através de um vetor viral, induzir a expressão neuronal de canais iônicos associados a opsinas (ex.: ChR2), que uma vez infectados passam a ser sensíveis a luz de determinado comprimento de onda. O presente trabalho de pesquisa de mestrado teve como objetivo implantar a optogenética em animais em livre comportamento pioneiramente no Brasil, através de experimentos com implantes crônicos de eletrodos e fibras óptica em animais infectados com vetor viral para expressão de ChR2. Foram realizadas cirurgias de injeções de vírus no septo medial; resultados histológicos confirmaram a expressão de ChR2 através da marcação da
proteína repórter eYFP no septo e também em processos hipocampais. Além disso, foram realizados experimentos agudos com estimulação luminosa do septo medial e registro de potenciais de campo local (PCL) no próprio septo e hipocampo em animais anestesiados. Ainda nesses experimentos foi possível registrar potenciais de ação no septo. Nesses experimentos observamos aumento da taxa de disparo dos neurônios septais durante estimulação luminosa (n=300 estímulos). Além disso, encontramos uma resposta evocada no PCL do hipocampo no início do pulso luminoso. Também foram realizados experimentos crônicos com estimulação luminosa do septo medial e registro de PCL do hipocampo em animais em livre comportamento. Através de análise do PCL, verificamos se a estimulação luminosa do septo é capaz de induzir ritmo teta no hipocampo.

Since Hubel and Wiesel’s pioneer finding a vast body of literature has accumulated describing neuronal responses in the primary visual cortex (V1) to different visual stimuli. These stimuli mainly consisted of moving bars, dots or gratings which served to explore the responses to basic visual features such as orientation, direction of motion or contrast, among others, within a classical receptive field (CRF). However, in the last two decades it became increasingly evident that the activity of V1 neurons can be modulated by stimulation outside their CRF. Thus, early visual areas might be already involved in more complex visual tasks like, for example, the segmentation of an object or a figure from its (back)-ground. It is assumed that intrinsic long-range horizontal connections within V1 as well as feedback connections from higher visual areas are actively involved in the figure-ground segmentation process. Their possible role has been inferred from the analysis of the spike rate variations induced by stimuli placed outside the CRF of single neurons. Although it is very likely that those connections also have an impact on the joined activity of neurons involved in processing the figure and on their local field potentials (LFP), these issues remain understudied.

In order to examine the context-dependent modulation of those activities, we recorded spikes and LFPs in parallel from up to 48 electrodes in the primary visual cortex of anesthetized cats. We stimulated with composite grating and natural scene stimuli focusing on populations of neurons whose CRFs were situated on the foreground figure. In addition, in order to examine the influence of horizontal connections we removed the inter-hemispheric input of the isotopic contralateral visual areas by means of reversible cooling deactivation.

We did so because i) the intrinsic horizontal connections cannot be easily manipulated without directly affecting the measured signals, ii) because inter-hemispheric connections share the major anatomical features with the intrinsic lateral network and can be seen as a functional continuation of the latter across the two hemispheres and iii) because cooling causally and reversibly deactivates input connections by temporarily silencing the sending neurons and thus enables direct conclusions on their contribution.

Our results demonstrate that the figure-ground segmentation mechanism is reflected in the spike rate of single neurons, as well as in their LFP power and its phase-relationship to the spike patterns produced by the population. In addition "lateral" inter-hemispheric connections modulate spike rates and LFP power depending on the stimulation of the neurons’ CRF surround. Further, we observe an influence of this lateral circuit on field-
field coherences between remote recording sites. In conclusion, our findings support the idea of complex figure-ground segmentation mechanism acting already in early visual areas on different time scales. This mechanism seems to involve groups of neurons firing synchronously and dependent on the LFP’s phase. Our results are also compatible with the hypothesis that long-range lateral connections contribute to that mechanism.

O autismo compreende um grupo heterogêneo de transtornos do desenvolvimento que afeta a maturação do encéfalo e produz alterações sensoriais, motoras, de linguagem e de interação social, de início na infância. Vários estudos indicam um importante envolvimento de fatores genéticos que levam à uma predisposição ao autismo, além de fatores ambientais que podem influenciar a vida embrionária e pós-natal. Estudos recentes, em modelos animais, indicam que alterações no controle epigenético durante o desenvolvimento possam gerar distúrbios de maturação neuronal e produzir circuitarias hiper-excitáveis, resultando em sintomas típicos do autismo. No modelo animal de autismo induzido por administração de ácido valpróico (VPA) durante a gestação de ratas, foram observadas alterações comportamentais, eletrofisiológicas e celulares semelhantes às observadas nos pacientes autistas. Entretanto, ainda são poucos os estudos que correlacionam as alterações comportamentais com a suposta hiper-excitabilidade neuronal desse modelo. Portanto, o objetivo deste trabalho foi inicialmente gerar o modelo animal de autismo por exposição pré-natal a ácido valpróico, e então avaliar o desenvolvimento e comportamento pós-natal em animais pré-púberes (P30). Além disso, pretendemos quantificar e analisar a distribuição de neurônios inibitórios no córtex pré-frontal e cerebelo dos animais VPA comparando-os com animais controle. Para isso, acompanhamos o desenvolvimento desses animais e realizamos testes de atividade exploratória e locomotora, auto-limpeza, reconhecimento de objetos e interação social. Quantificamos interneurônios imunorreativos para parvalbumina no córtex pré-frontal medial (CPFm) e células de Purkinje do cerebelo para avaliar a ocorrência de alterações celulares envolvidas em hiper-excitabilidade cortical. Nossos resultados mostram que o tratamento com VPA foi capaz de induzir alterações no desenvolvimento dos animais, refletindo-se em alterações comportamentais como hiperlocomoção, comportamento repetitivo e déficit de interação social. A quantificação celular revelou uma diminuição no número de interneurônios parvalbuminérgicos no córtex cingulado anterior e na região pré-límbica do CPFm, sugerindo um desbalanço excitatório-inibitório neste modelo de autismo. Observamos também que a redução neuronal ocorreu preferencialmente nas camadas II/III e V/VI do córtex. Esperamos que nossos resultados possam contribuir para o maior entendimento das alterações celulares neste modelo de autismo, assim como esclarecer suas implicações funcionais.

As epilepsias são desordens neurológicas caracterizadas por crises espontâneas e recorrentes resultado de uma atividade elétrica anormal de uma determinada rede neural. Dentre os diferentes tipos de epilepsia, a epilepsia mesial do lobo temporal (EMLT) é a mais comumente observada em seres humanos, sendo frequentemente associada a esclerose hipocampal. Infelizmente, nem todos os pacientes se beneficiam do tratamento farmacológico (pacientes fármaco-resistentes) e tornam-se, portanto, candidatos ao tratamento cirúrgico, um procedimento de alta complexidade e elevado custo. Hoje, a lobectomia temporal anterior com amigdalo-hipocampectomia seletiva é a cirurgia de epilepsia mais frequentemente realizada. Entretanto, uma parcela significativa de pacientes continua a apresentar crises debilitantes mesmo após o tratamento cirúrgico. Assim, compreender o encéfalo epiléptico humano é fundamental no refinamento do tratamento cirúrgico com o objetivo de aumentar a eficiência desse procedimento terapêutico.

O objetivo da presente dissertação foi identificar e quantificar a ocorrência de atividade epileptiforme (espículas interictais, EI e oscilações de alta frequência, OAF) em registros eletrocorticográficos (ECoG) realizados durante procedimento cirúrgico em pacientes com epilepsia mesial do lobo temporal refratária ao tratamento farmacológico (protocolo aprovado pelo CEP / Unifesp; #1038/03). 

Registros ECoG (Nihon-Koden, 32 canais @ 1kHz) foram realizados na superfície do lobo temporal e no giro para-hipocampal em 3 momentos cirúrgicos: no córtex intacto, após lobectomia temporal anterior e após amigdalo-hipocampectomia (duração média de cada um desses registros: 10 min; N=17 pacientes). A ocorrência de EI e OAF foi quantificada automaticamente, por meio de rotinas em Matlab, e validadas visualmente. Frequência dos eventos (número de eventos/canal) em cada um dos tempos cirúrgicos foram correlacionadas com resultado cirúrgico quanto ao controle das crises. 

De um total de 8 h e 40 min de registro, 36.858 EI e 2.326 EAF foram identificadas. Os pacientes com melhor prognóstico cirúrgico apresentaram maior quantidade de OAF antes da cirurgia, porém não diferiram quanto a frequência, morfologia e distribuição de EI. A ocorrência de OAF no registro basal apresentou melhor desempenho que as EI na previsão do controle total das crises no pós operatório (EI: AUC = 57%, S = 70% , E = 71% vs OAF: AUC = 77%, S = 70%, E=100%). O mesmo foi observado com o parâmetro a variação da área irritativa entre os momentos pré- e pós-ressecção (EI: AUC = 54%, S = 60%, E = 71% vs OAF: AUC = 84%, S = 80%, E = 100%). Nesse caso, o classificador foi capaz de identificar todos os pacientes de pior prognóstico, apresentando apenas dois falsos positivos. 

O presente trabalho demonstra que as OAF podem ser encontradas no registro ECoG intra-operatório, na presença de anestésicos, em uma curta sessão de registro, juntamente com as EI. A observação de que a ocorrência desses eventos no início da cirurgia permite classificar o paciente quanto ao prognóstico cirúrgico é surpreendente e abre caminho para aplicar o ECoG intra-operatório, por exemplo, na decisão sobre o uso de tratamento farmacológico adjuvante ou da conversão para ressecções individualizadas. O mecanismo responsável por esse efeito ainda é desconhecido.

A Ayahusca é uma bebida psicotrópica que tem sido utilizada há séculos por populações originais da América do Sul, notadamente da região Amazônica, com fins religiosos e medicinais. O chá é obtido pela decocção de folhas de Psychotria viridis com a casca e tronco de um arbusto, Banisteriopsis caapi. A primeira é rica em N,N-dimetiltriptamina (DMT), que tem importante e bem conhecido efeito alucinógeno devido a sua atuação agonista nos receptores de serotonina, especificamente 5-HT_2A. Por outro lado, as b-carbolinas presentes na B. caapi, particularmente a harmina e a harmalina, são potentes inibidores da monoamina oxidase (iMAO). Além disso, a tetrahidroharmina (THH), também presente na B. caapi, atua como leve inibidor seletivo da recaptação de serotonina e um fraco inibidor de MAO. A DMT, por si só não é ativa por via oral, uma vez que é degradada pela MAO. No entanto, a presença de iMAO na bebida permite que a DMT seja psicoativa quando ingerida. O acesso da DMT à circulação sistêmica e ao sistema nervoso central provoca uma série de alterações afetivas, perceptivas e cognitivas. Além disso, os seus efeitos têm sido associados ao aumento da atenção interoceptiva. Por outro lado, existe um interesse crescente na rede de modo padrão (DMN), que tem sido amplamente detectada em estudos de neuroimagem funcional e tem sido associada com atividade mental introspectiva. Assim, este estudo teve como objetivo avaliar, por meio de ressonância magnética funcional – fMRI, as possíveis mudanças da DMN causadas pela ingestão da Ayahuasca em 10 voluntários saudáveis enquanto executavam uma tarefa de fluência verbal e protocolo de resting state. De maneira geral, observa-se que a Ayahuasca provoca redução na amplitude do sinal BOLD nos nodos centrais da DMN, tais como o cíngulo anterior, o córtex pré-frontal medial, o cíngulo posterior, o pré-cuneus e o lobo parietal inferior. Além disso, também foram observadas alterações no padrão de conectividade funcional da DMN, em particular, diminuição na conectividade funcional no pré-cuneus. Juntos, esses achados indicam que, sob efeito da Ayahuasca, os indivíduos apresentam um estado alterado de consciência, no qual o fluxo de pensamentos espontâneos é alterado, e sugerem um potencial uso terapêutico da Ayahuasca em transtornos mentais nos quais a DMN se mostra alterada.

Terapia Espelho (TE) vem sendo usada como uma ferramenta de reabilitação para várias doenças, incluindo o Acidente Vascular Cerebral (AVC). Embora alguns estudos tenham mostrado a sua eficácia clínica, pouco se sabe sobre seus mecanismos neurais. Baseado nisso, este estudo teve como objetivo avaliar por meio da Ressonância Magnética funcional (fMRI) e da Estimulação Magnética Transcraniana (TMS) a neuromodulação cortical promovida pela intervenção única da Terapia Espelho em pacientes acometidos por Acidente Vascular Cerebral. Quinze pacientes participaram de sessão única de trinta minutos de TE. Os dados de fMRI foram analisados bilateralmente nas seguintes regiões de interesse (ROI): Área Motora Suplementar (AMS), córtex pré-motor (PM), córtex motor primário (M1), córtex sensorial primário (S1) e Cerebelo. Em cada ROI, as mudanças na porcentagem de ocupação e os valores de beta foram avaliados. No TMS foi analisado o Potencial Evocado Motor (PEM) sobre o hot spot M1. Um aumento significativo na amplitude do PEM foi observado após a terapia no grupo (p<0,0001) e em 4 pacientes (p <0,05). Nos resultados da fMRI houve uma redução significativano percentual deocupação noPMe cerebelocontralateralàmão afetada(p <0,05). Além disso, foi observado aumento significativonos valores debetanas seguintes áreasmotoras contralaterais: AMS, Cerebelo,PM eM1(p <0,005) e diminuiçãosignificativa nas áreasmotoras ipsilaterais: PM e M1 (p < 0,001).Nas áreas sensoriais foi observada redução em S1bilateralmente(p <0,0005). Assim, nossos resultados indicam que intervençãoúnica de TE mudamarcadoresneurobiológicosem direção aopadrão observadoem indivíduos saudáveis.Além disso, as alterações nas áreas motoras do hemisfério contralateralsãoopostas asdo ladoipsilateral, sugerindo um aumento na homeostase do sistema.

Crises epilépticas são desordens paroxísticas do sistema nervoso central (SNC) caracterizadas por uma descarga elétrica neuronal anormal, com ou sem perda de consciência e com sintomas clínicos variados. Nas epilepsias do lobo temporal as crises tem início focal, em estruturas do sistema límbico. Dados clínicos e experimentais mostram que essas regiões apresentam morte neuronal (esclerose hipocampal), reorganização sináptica (brotamento aberrante das fibras musgosas) e gliose reativa, sendo esses marcadores biológicos da zona epileptogênica. Registros extracelulares mostram que além das alterações anatômicas mencionadas acima, a zona epileptogênica também apresenta oscilações de alta frequência patológicas (pOAF). As pOAF são oscilações transientes (50 – 100 ms de duração), de baixa amplitude (200 µV - 1.5 mV) e de frequências variáveis (80 – 800 Hz). A relação entre essas oscilações e a gênese das crises espontâneas ainda é desconhecida. O objetivo do presente trabalho foi avaliar os efeitos da estimulação elétrica intracerebral (EIC) nas pOAF e frequência de crises espontâneas de animais cronicamente epilépticos (modelo da epilepsia do lobo temporal). Atualmente, a EIC é utilizada no tratamento de distúrbios do movimento (e.g., mal de Parkinson) e em alguns casos de dor crônica, e experimentalmente, no tratamento das epilepsias de difícil controle. A hipótese de trabalho dessa dissertação é de que a indução de depressão de longa duração por EIC, ao reduzir a excitabilidade neuronal local, modulará as pOAF, bem como a frequência de crises espontâneas. Para isso, comparamos as características espectrais das pOAF e a frequência de crises espontâneas antes e depois de um protocolo de 12 horas de estimulação elétrica de baixa frequência (0,2 Hz) aplicado na via perforante. De fato, esse protocolo reduziu a amplitude do potencial de ação coletivo registrado no giro denteado (GD) do hipocampo dorsal em 45% (amplitude média da primeira e da última hora de estimulação: 7,3 ± 3,0 mV e 4,1 ± 1,5 mV, respectivamente; p<0,05; teste T). O monitoramento contínuo do potencial de campo local, realizado no GD e em CA3 simultaneamente, mostrou que o protocolo de estimulação empregado foi eficaz em (i) aumentar a duração (64,6 ± 9,3 ms vs. 70,5 ± 11,5 ms) e reduzir (ii) a entropia (3,72 ± 0,28 vs. 3,58 ± 0,30), (iii) o índice pOAF (0,20 ± 0,08 vs. 0,15 ± 0,07) e (iv) o modo espectral (237,5 ± 15,8 Hz vs. 228,7 ± 15,2 Hz) das pOAF (valores do GD, expressos como média ± desvio-padrão, para os períodos “pré” e “pós” estimulação respectivamente; p<0,05; teste T). Ainda, este protocolo reduziu significativamente a frequência de crises espontâneas (1,8 ± 0,4 vs. 1,0 ± 0,3 crises/hora; “pré” e “pós” estimulação, respectivamente; p<0,05; teste T). Curiosamente, observamos um aumento na duração média das crises espontâneas após o término do protocolo (39,7 ± 6,0 vs. 51,6 ± 12,5 s; “pré” e “pós” estimulação respectivamente; p<0,05; teste T). Estes resultados sugerem que a redução da excitabilidade neuronal, por meio de protocolos de estimulação elétrica, reorganiza o perfil espectral das pOAF. Esse efeito foi acompanhado de redução na frequência de crises espontâneas. Apesar de preliminar, o presente trabalho contribui para o desenvolvimento de terapias baseadas em EIC para as epilepsias.