Acuidade visual e matriz extracelular no córtex visual primário: alterações associadas à privação monocular precoce e ao enriquecimento ambiental

O objetivo do presente trabalho e analisar a influencia do enriquecimento ambiental sobre a acuidade visual e a distribuição das redes perineuronais (RPNs) no córtex visual primário de camundongos submetidos a privação monocular durante o período critico pos-natal. Camundongos suíços albinos fêmeas foram submetidos a sutura da pálpebra direita no 10o dia pos-natal (M, n=16), enquanto que os animais do grupo binocular não foram submetidos a nenhum procedimento cirúrgico (B, n=16). Ao completarem 21 dias, os animais foram subdivididos em: ambiente padrão e ambiente enriquecido, constituindo os grupos M.AP, M.AE, B.AP e B.AE. Após três meses, os animais foram submetidos ao teste de acuidade visual, perfundidos e secções coronais de seus cérebros processadas para histoquímica da lectina Wisteria floribunda e posterior quantificação através do método estereologico do fracionador óptico. Os animais do grupo B.AP apresentaram acuidade visual de 0.48 ciclos/grau, enquanto que aqueles alojados em ambiente enriquecido (B.AE) apresentaram um melhor desempenho do teste, atingindo 0.996 ciclos/grau. A acuidade visual foi significantemente menor nos animais submetidos a privação monocular (M.AP 0.18 ciclos/grau; M.AE 0.4 ciclos/grau). Os resultados estereologicos revelaram que o ambiente enriquecido aumenta o numero de RPNs tipo 1 e de RPNs total nas camadas supragranular e granular em ambos os hemisférios nos camundongos submetidos a privação monocular (ANOVA dois critérios, p<0.05), sendo que essa diferença na camada granular e decorrente principalmente do aumento das redes perineuronais da matriz extracelular no hemisfério direito. Na camada infragranular, os animais do grupo M.AE apresentaram um aumento apenas no numero de RPNs tipo 1.

Aspectos morfológicos comparativos entre neurônios da camada I do córtex visual de duas espécies de roedores: Cavia porcellus e Rattus norvegicus

A camada I tem como característica principal a baixa quantidade de neurônios e uma alta densidade de fibras nervosas. A morfologia dos neurônios da camada I ainda é pouco estudada, tanto que nos estudos que avaliaram a morfologia desses neurônios não se chegou ainda a um consenso sobre as formas e funções desses neurônios. Este estudo avaliou a morfologia dos neurônios da camada I do córtex visual de duas espécies de roedores: Cavia porcellus, popularmente conhecido no Brasil como porquinho-da-índia e Rattus norvegicus, que é o rato e foi utilizada a linhagem Wistar, comumente usado nas pesquisas científicas. O porquinho-da-índia é um modelo animal muito estudado, utilizado em diversos segmentos da ciência. Apesar dessa espécie ser bem estudada, trabalhos na camada I desse animal são relativamente raros, especialmente em relação à morfologia e eletrofisiologia dos neurônios dessa região cortical. Pesquisas em ratos sobre os neurônios da camada I são mais frequentes, tanto em relação a morfologia quanto a eletrofisiologia. Para discriminar as possibilidades de diferenças na morfologia dos neurônios da camada I do córtex visual do porquinho-da-índia e do rato, este estudo classificou esses neurônios de acordo com a trajetória de seus dendritos e analisou as medidas dendríticas utilizando a técnica de injeção intracelular de biocitina. Após a classificação dos neurônios as comparações foram feitas entre os mesmos tipos celulares de cada roedor. Foram utilizados 35 porquinhos-da-índia da variedade Dunkin-Hartley de pêlo curto de ambos os sexos com idades de 4 a 5 dias de vida pós-natal. Quanto aos ratos, foram utilizados 30 ratos da variedade Wistar, de ambos os sexos com idades de 14 a 21 dias de vida pós-natal. Os animais foram anestesiados e tiveram seus encéfalos removidos, hemisférios separados e foram realizados cortes no plano coronal na região occipital onde se localiza a área visual dos roedores. As fatias foram mantidas em líquido cérebro-espinhal artificial e em seguida levadas ao microscópio para injeção de biocitina e posteriormente foram fixadas e tratadas para montagem em lâmina e contracoradas com Nissl para melhor visualização. Os neurônios encontrados foram classificados como: horizontais, ascendentes, descendentes e radias. Foram analisadas as seguintes medidas dendríticas: área do campo receptor, comprimento dendrítico total e médio, área total do corpo celular, número de dendritos, distância da pia-máter e análise da distribuição de Sholl. Dos resultados obtidos os mais notáveis foram o alcance dos ramos dendríticos e o tamanho do corpo celular dos neurônios da camada I do porquinho-da-índia quando comparados aos do rato. Isso sugere que, nessa espécie, um maior número de microcircuitos neurais podem ser estabelecidos, e por conseguinte maior taxa metabólica, justificada pelo maior tamanho do corpo celular.

NADPH-diaphorase activity in area 17 of the squirrel monkey visual cortex: neuropil pattern, cell morphology and laminar distribution

We studied the distribution of NADPH-diaphorase activity in the visual cortex of normal adult New World monkeys (Saimiri sciureus) using the malic enzyme "indirect" method. NADPH-diaphorase neuropil activity had a heterogeneous distribution. In coronal sections, it had a clear laminar pattern that was coincident with Nissl-stained layers. In tangential sections, we observed blobs in supragranular layers of V1 and stripes throughout the entire V2. We quantified and compared the tangential distribution of NADPH-diaphorase and cytochrome oxidase blobs in adjacent sections of the supragranular layers of V1. Although their spatial distributions were rather similar, the two enzymes did not always overlap. The histochemical reaction also revealed two different types of stained cells: a slightly stained subpopulation and a subgroup of deeply stained neurons resembling a Golgi impregnation. These neurons were sparsely spined non-pyramidal cells. Their dendritic arbors were very well stained but their axons were not always evident. In the gray matter, heavily stained neurons showed different dendritic arbor morphologies. However, most of the strongly reactive cells lay in the subjacent white matter, where they presented a more homogenous morphology. Our results demonstrate that the pattern of NADPH-diaphorase activity is similar to that previously described in Old World monkeys.

Enriched environment contributes to recovery of visual acuity and increases perineuronal nets in monocular-deprived animals

ABSTRACT The aim of the present study was to analyze the influence of enriched environment on the distribution of perineuronal nets (PNNs) using a stereogically based unbiased protocol and visual acuity in adult Swiss albino mice that underwent monocular deprivation during the critical period of postnatal development. Eight female Swiss albino mice were monocular deprived were removed and cut at 70 µm thickness in a vibratome and processed for lectin histochemical staining with Wisteria floribunda agglutinin (WFA). Architectonic limits of area 17 were conspicuously defined by WFA histochemical staining, and the optical fractionator stereological method was applied to estimate the total number of PNNs in the supragranular, granular, and infragranular layers. All groups were compared using Student's t-test at a 95% confidence level. Comparative analysis of the average PNN estimations revealed that the EE group had higher PNNs in the supragranular layer (2726.33 ± 405.416, mean ± standard deviation) compared with the SE group (1543.535 ± 260.686; Student's t-test, p = .0495). No differences were found in the other layers. Visual acuity was significantly lower in the SE group (0.55 cycles/degree) than in the EE group (1.06 cycles/degree). Our results suggest that the integrity of the specialized extracellular matrix PNNs of the supragranular layer may be essential for normal visual acuity development.

Lateral interactions in visual perception of temporal signals: cortical and subcortical components

The aim of this work was to isolate and investigate subcortical and cortical lateral interactions involved in flicker perception. We quantified the perceived flicker strength (PFS) in the center of a test stimulus which was simultaneously modulated with a surround stimulus (50% Michelson contrast in both stimuli). Subjects were requested to adjust the modulation depth of a separate matching stimulus that was physically identical to the center of the test stimulus but without the surround. Using LCD goggles, synchronized to the frame rate of a CRT screen, the center and surround could be presented monoptically or dichoptically. In the monoptic condition, center-surround interactions can have both subcortical and cortical origins. In the dichoptic condition, center-surround interactions cannot occur in the retina and the LGN, therefore isolating a cortical mechanism. Results revealed both a strong monoptic (subcortical plus cortical) lateral interaction and a weaker dichoptic (cortical) lateral interaction. Subtraction of the dichoptic from the monoptic data revealed a subcortical mechanism of the lateral interaction. While the modulation of the cortical PFS component showed a low-pass temporal-frequency tuning, the modulation of the subcortical PFS component was maximal at 6 Hz. These findings are consistent with two separate temporal channels influencing the monoptic PFS, each with distinct lateral interactions strength and frequency tuning characteristics. We conclude that both subcortical and cortical lateral interactions modulate flicker perception.

Horizontal projections of area 17 in Cebus monkeys: metric features, and modular and laminar distribution

Metric features and modular and laminar distributions of intrinsic projections of area 17 were studied in Cebus apella. Anterogradely and retrogradely labeled cell appendages were obtained using both saturated pellets and iontophoretic injections of biocytin into the operculum. Laminar and modular distributions of the labeled processes were analyzed using Nissl counterstaining, and/or cytochrome oxidase and/or NADPH-diaphorase histochemistry. We distinguished three labeled cell types: pyramidal, star pyramidal and stellate cells located in supragranular cortical layers (principally in layers IIIa, IIIb α, IIIb ß and IIIc). Three distinct axon terminal morphologies were found, i.e., Ia, Ib and II located in granular and supragranular layers. Both complete and partial segregation of group I axon terminals relative to the limits of the blobs of V1 were found. The results are compatible with recent evidence of incomplete segregation of visual information flow in V1 of Old and New World primates.

Methylmercury intoxication and histochemical demonstration of NADPH-diaphorase activity in the striate cortex of adult cats

The effects of methylmercury (MeHg) on histochemical demonstration of the NADPH-diaphorase (NADPH-d) activity in the striate cortex were studied in 4 adult cats. Two animals were used as control. The contaminated animals received 50 ml milk containing 0.42 µg MeHg and 100 g fish containing 0.03 µg MeHg daily for 2 months. The level of MeHg in area 17 of intoxicated animals was 3.2 µg/g wet weight brain tissue. Two cats were perfused 24 h after the last dose (group 1) and the other animals were perfused 6 months later (group 2). After microtomy, sections were processed for NADPHd histochemistry procedures using the malic enzyme method. Dendritic branch counts were performed from camera lucida drawings for control and intoxicated animals (N = 80). Average, standard deviation and Student t-test were calculated for each data group. The concentrations of mercury (Hg) in milk, fish and brain tissue were measured by acid digestion of samples, followed by reduction of total Hg in the digested sample to metallic Hg using stannous chloride followed by atomic fluorescence analysis. Only group 2 revealed a reduction of the neuropil enzyme activity and morphometric analysis showed a reduction in dendritic field area and in the number of distal dendrite branches of the NADPHd neurons in the white matter (P<0.05). These results suggest that NADPHd neurons in the white matter are more vulnerable to the long-term effects of MeHg than NADPHd neurons in the gray matter.

O fator de crescimento neuronal na infecção por Schistosoma mansoni: estudo molecular, imunoenzimático e morfométrico em modelo permissível e não permissível à infecção

A esquistossomose é uma doença tropical causada, principalmente, pelo trematódeo Schistosoma mansoni, sendo que sua ocorrência afeta, mundialmente, 110 milhões de pessoas. A deposição dos ovos do parasita pode ocorrer, de forma ectópica, no sistema nervoso central (SNC) o qual leva à formação de granulomas com consequente produção do Fator de Crescimento Neuronal (NGF). Uma vez que muitos estudos demonstram a importância do NGF no desenvolvimento das vias corticais visuais, nosso estudo visou avaliar a possível alteração dos níveis de NGF no sistema visual assim como o impacto deste sobre a morfologia de células piramidais em dois modelos animais. A alteração na concentração do fator de crescimento assim como a morfometria neuronal foram avaliadas em animais permissíveis (camundongos) e não permissíveis (ratos) à infecção. Foram utilizados 174 ratos (Hooded Lister) e 135 camundongos albinos criados e mantidos em gaiolas e alimentados ad libitum. Esses animais foram inoculados, logo após o nascimento, com 50 cercárias. Setenta e sete ratos e 73 camundongos foram inoculados com solução salina e constituíram o grupo controle do estudo. Os períodos de infecção abrangeram uma a 48 semanas. Amostras do fígado e córtex visual foram retiradas, extraídas e quantificadas com kit de imunoensaio (ChemiKineTM Nerve Growth Factor (NGF) Sandwich ELISA Kit – Chemicon International). Para a análise morfométrica utilizamos células piramidais da camada IV do córtex visual marcadas através de injeção extracelular com Dextrana-Biotinilada (10.000 kDa). Os resultados foram expressos como média ± desvio padrão. Utilizamos teste t de Student para determinar diferenças estatísticas entre os grupos estudados. O valor médio de NGF encontrado no córtex visual de ratos infectados foi 39,2% maior do que no grupo controle (infectados: 400,9 ± 143,1 pg/mL; controle: 288 ± 31,9 pg/mL; p < 0,0001). Nas amostras de fígado, o aumento foi 28,9% maior no grupo infectado (infectados: 340,9 ± 103,9 pg/mL; p < 0,01; controle: 264,4 ± 38,6 pg/mL). Nenhum aumento significativo foi detectado antes de uma semana de infecção. Entre os camundongos, o aumento de NGF na área visual foi de 94,1% (infectados: 478,4 ± 284 pg/mL; p < 0,01; controle: 246,5 ± 76,8 pg/mL). No fígado destes animais o aumento foi de 138,7% (infectados: 561,8 ± 260,7 pg/mL; p < 0,01; controle: 301,3 ± 134,6 pg/mL). Em camundongos encontramos diferenças significativas quanto aos parâmetros dendríticos avaliados. A quantidade de dendritos foi 11,41% maior no grupo infectado do que no controle (controle: 25,28 ± 5,19; infectados: 28,16 ± 7,45; p < 0,05). O comprimento total dos dendritos também foi afetado (controle: 4.916,52 ± 1.492,65 μm; infectados: 5.460,40 ± 1.214,07 μm; p < 0,05) correspondendo a um aumento de 11,06%. A área total do campo receptor dendrítico sofreu um aumento de 12,99% (controle: 29.346,69 ± 11.298,62 μm2; infectados: 33.158,20 ± 7.758,31; p < 0,05) enquanto que a área somática teve uma redução de 13,61% (controle: 119,38 ± 19,68 μm2; infectados: 103,13 ± 24,69 μm2; p < 0,001). Quando foram avaliados os efeitos do aumento de NGF em ratos infectados não observamos diferenças significativas quanto aos parâmetros dendríticos analisados, em comparação ao grupo controle, com exceção de um aumento na área do corpo neuronal da ordem de 21,18% (controle: 132,20 ± 28,46 μm2; infectados: 160,20 ± 31,63 μm2; p < 0,00001). Este trabalho mostrou que a reação de produção de NGF no SNC durante a infecção por Schistosoma mansoni ocorre em maior magnitude no modelo permissível do que no modelo não permissível. Também demonstramos que, em camundongos, os efeitos sobre a morfologia neuronal é drasticamente afetada quando o organismo é submetido a um aumento na concentração de NGF em decorrência da infecção por Schistosoma mansoni. Diante destes dados, estudos avaliando as possíveis repercussões visuais e também dos efeitos na fisiologia celular causados pela infecção mansônica torna-se necessário para avaliar o real dano causado por este aumento patológico do fator de crescimento neuronal nas vias visuais de mamíferos.

Investigação de danos visuais em pacientes diagnosticados com meningite criptocócica não associada à imunossupressão

A meningite criptocócica é uma severa doença infecciosa causada pelo Cryptococcus spp. que apresenta alta letalidade e deixa nos sobreviventes uma série de sequelas sensoriais, entre as quais estão as alterações visuais. O objetivo deste estudo foi descrever as perdas visuais sofridas por pacientes, sem história de imunossupressão, diagnosticados com meningite criptocócica, de forma a indicar um possível mecanismo e fatores de risco para essas sequelas visuais. O trabalho foi composto de um estudo de série de casos de pacientes com meningite criptocócica sem história de imunossupressão (n = 7 pacientes, n = 14 olhos) e um estudo transversal analítico de todos os casos de meningite criptocócica sem história de imunossupressão notificados em 14 anos num hospital de referência do Pará (n = 113 casos). No estudo de série de casos, as funções visuais de uma amostra de pacientes foi cuidadosamente analisada por meio de avaliação oftalmológica, testes psicofísicos e eletrofisiológicos. No estudo transversal analítico, foi realizada análise de dados de prontuário com enfoque nas alterações visuais. Observou-se que os pacientes estudados na série de casos apresentaram grave diminuição da acuidade visual e mesmo em pacientes sem queixa visual houve alteração na percepção de cor, na percepção de contraste de luminância em diferentes frequências espaciais e no campo visual. Os testes indicam comprometimento da retina central como principal desencadeadora de uma cascata de alterações que impedem o normal processamento da imagem no córtex visual. Sugere-se que lesões do nervo óptico não foram as únicas responsáveis pelas alterações visuais observadas. Os principais fatores de risco para as alterações visuais observados pelo estudo transversal analítico foram o tempo de doença antes do início do tratamento e a resposta imunológica do paciente.

A visão através dos contrastes

O primeiro estágio de processamento da informação do estímulo visual consiste na contagem de fótons pelas células fotorreceptoras. Nos estágios pós-receptorais a informação de intensidade absoluta do estímulo é transformada em comparações de informações provindas de áreas adjacentes da retina e momentos sucessivos. Essa métrica implementada pelo sistema visual para quantificar o estímulo é chamada de contraste - contraste espacial ou simultâneo e contraste temporal ou sucessivo. A presença de contraste é essencial para a geração de percepção visual consciente no domínio do espaço e do tempo e em três dimensões ortogonais de cores - branca e preta; azul e amarela; verde e vermelha. Uma curva em forma de sinodelimita os limiares de detecção de contraste em função da frequência especial ou temporal do estímulo. Ela é chamada função de sensibilidade ao contraste e é afetada por uma série de fatores ópticos e neurais. Neurônios de diferentes classes contribuem para regiões diferentes da função de sensibilidade ao contraste e suas atividades representam as ações de vias de processamento visual que se estendem da retina ao córtex visual. Investigações básicas e clínicas têm dado suporte à importância do estudo da sensibilidade ao contraste espacial de luminância (branco e preta) como uma ferramenta indicadora da função visual em sujeitos normais e afetados por disfunções neuro-oftalmológicas.