811 resultados para Neuronal disturbance
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Recent progress in the technology for single unit recordings has given the neuroscientific community theopportunity to record the spiking activity of large neuronal populations. At the same pace, statistical andmathematical tools were developed to deal with high-dimensional datasets typical of such recordings.A major line of research investigates the functional role of subsets of neurons with significant co-firingbehavior: the Hebbian cell assemblies. Here we review three linear methods for the detection of cellassemblies in large neuronal populations that rely on principal and independent component analysis.Based on their performance in spike train simulations, we propose a modified framework that incorpo-rates multiple features of these previous methods. We apply the new framework to actual single unitrecordings and show the existence of cell assemblies in the rat hippocampus, which typically oscillate attheta frequencies and couple to different phases of the underlying field rhythm
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Cultivation of chilling-tolerant ornamental crops at lower temperature could reduce the energy demands of heated greenhouses. To provide a better understanding of how sub-optimal temperatures (12 degrees C vs. 16 degrees C) affect growth of the sensitive Petunia hybrida cultivar 'SweetSunshine Williams', the transcriptome, carbohydrate metabolism, and phytohormone homeostasis were monitored in aerial plant parts over 4 weeks by use of a microarray, enzymatic assays and GC-MS/MS. The data revealed three consecutive phases of chilling response. The first days were marked by a strong accumulation of sugars, particularly in source leaves, preferential up-regulation of genes in the same tissue and down-regulation of several genes in the shoot apex, especially those involved in the abiotic stress response. The midterm phase featured a partial normalization of carbohydrate levels and gene expression. After 3 weeks of chilling exposure, a new stabilized balance was established. Reduced hexose levels in the shoot apex, reduced ratios of sugar levels between the apex and source leaves and a higher apical sucrose/hexose ratio, associated with decreased activity and expression of cell wall invertase, indicate that prolonged chilling induced sugar accumulation in source leaves at the expense of reduced sugar transport to and reduced sucrose utilization in the shoot. This was associated with reduced levels of indole-3-acetic acid and abscisic acid in the apex and high numbers of differentially, particularly up-regulated genes, especially in the source leaves, including those regulating histones, ethylene action, transcription factors, and a jasmonate-ZIM-domain protein. Transcripts of one Jumonji C domain containing protein and one expansin accumulated in source leaves throughout the chilling period. The results reveal a dynamic and complex disturbance of plant function in response to mild chilling, opening new perspectives for the comparative analysis of differently tolerant cultivars.
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Effects of fire on biogeochemical cycling in terrestrial ecosystem are widely acknowledged, while few studies have focused on the bacterial community under the disturbance of long-term frequent prescribed fire. In this study, three treatments (burning every two years (B2), burning every four years (B4) and no burning (B0)) were applied for 38 years in an Australian wet sclerophyll forest. Results showed that bacterial alpha diversity (i.e. bacterial OTU) in the top soil (0-10 cm) was significantly higher in the B2 treatment compared with the B0 and B4 treatments. Non-metric multidimensional analysis (NMDS) of bacterial community showed clear separation of the soil bacterial community structure among different fire frequency regimes and between the depths. Different frequency fire did not have a substantial effect on bacterial composition at phylum level or bacterial 16S rRNA gene abundance. Soil pH and C:N ratio were the major drivers for bacterial community structure in the most frequent fire treatment (B2), while other factors (EC, DOC, DON, MBC, NH 4 +, TC and TN) were significant in the less frequent burning and no burning treatments (B4 and B0). This study suggested that burning had a dramatic impact on bacterial diversity but not abundance with more frequent fire.
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Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.
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The presence of gap junction coupling among neurons of the central nervous systems has been appreciated for some time now. In recent years there has been an upsurge of interest from the mathematical community in understanding the contribution of these direct electrical connections between cells to large-scale brain rhythms. Here we analyze a class of exactly soluble single neuron models, capable of producing realistic action potential shapes, that can be used as the basis for understanding dynamics at the network level. This work focuses on planar piece-wise linear models that can mimic the firing response of several different cell types. Under constant current injection the periodic response and phase response curve (PRC) is calculated in closed form. A simple formula for the stability of a periodic orbit is found using Floquet theory. From the calculated PRC and the periodic orbit a phase interaction function is constructed that allows the investigation of phase-locked network states using the theory of weakly coupled oscillators. For large networks with global gap junction connectivity we develop a theory of strong coupling instabilities of the homogeneous, synchronous and splay state. For a piece-wise linear caricature of the Morris-Lecar model, with oscillations arising from a homoclinic bifurcation, we show that large amplitude oscillations in the mean membrane potential are organized around such unstable orbits.
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Introducción: El sistema nervioso tiene como función el controlar y regular el funcionamiento de los diversos órganos y sistemas de los vertebrados, coordinando su interrelación, así como la relación del organismo con el medio externo, permitiendo su interacción. Este sistema se comienza a desarrollar durante la etapa embrionaria mediante la neurogénesis, en la cual múltiples procesos biológicos trabajan en conjunto para asegurar que los diversos tipos de células nerviosas proliferen, se diferencien, migren y formen sinapsis en el momento y lugar apropiado, siendo un mecanismo finamente regulado, dependiente de la apropiada expresión temporal y espacial, así como del correcto funcionamiento de diferentes productos génicos. Debido a esto, mutaciones que alteren la correcta expresión o función de un gen involucrado en la neurogénesis y/o en el mantenimiento del SNC pueden contribuir a la iniciación y/o progresión de diversos desórdenes neurológicos. En este respecto, nuestro grupo de investigación identificó por primera vez la ruptura del gen PRR12, en una paciente con discapacidad intelectual, alteraciones neuropsiquiátricas y múltiples malformaciones menores. Debido a esto, y a las características de la proteína PRR12, con una función hasta la fecha totalmente desconocida, este es un blanco deseable para el análisis de las vías de señalización en las que participa. Objetivo: Describir los genes que son potencialmente regulados por PRR12 y, a partir de ello, analizar las posibles vías y procesos de comunicación neuronal afectados tras su inhibición. Materiales y Métodos: Se realizó una cuantificación relativa de la expresión de PRR12 en cerebro de rata en diferentes estadios del desarrollo (embrión, neonatal y adulto), mediante Western blot y qPCR. Posteriormente se realizó la inhibición de PRR12 en células C6 de glioblastoma de rata, mediante ARNi, con el fin de determinar los cambios en el perfil de expresión celular, mediante microarreglos de expresión. Resultados: PRR12 se encontró mayormente expresado en cerebro durante la etapa de embrión; además de esto, se encontraron afectados múltiples genes tras su inhibición, entre los que destacan aquellos involucrados en procesos biológicos relacionados a comunicación celular y de las vías de señalización de receptores de membrana acoplados a proteína G. Conclusiones: PRR12 es probablemente un factor de transcripción de remodelación de la cromatina, con posible implicación en el proceso de neurogénesis, especialmente en procesos de comunicación y diferenciación celular.
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Seagrass beds are productive ecosystems that maintain high levels of biodiversity, making them susceptible to anthropogenic pressures such as bivalve harvesting. Nematodes are considered great ecological indicators as changes in their density, diversity and structure may represent changes in the environment. This experimental fieldwork aimed to assess the impact of the bivalve harvesting on the nematodes assemblage of a seagrass bed in the Mira estuary by simulating the digging activity. Two plots were subjected to the digging (D1 and D19) and two plots were control (C11 and C18). The sampling took place in five occasions: T0 – before digging; T1 – 14 days; T2 – 45 days; T3 – 75 days; and T4 – 165 days after digging. The results showed no significant difference in the nematode assemblages’ density, diversity and trophic composition between treatments and sampling times, evidencing their high tolerance for naturally stressed environments and to the level of digging they were exposed; Recuperação natural das comunidades de nematodes bentónicos associados aos povoamentos de Zostera noltii após atividade de marisqueio Resumo: As pradarias marinhas são ecossistemas produtivos que suportam elevados níveis de biodiversidade, pelo que estão sujeitos a pressões antropogénicas. Os nematodes são bons indicadores ecológicos pois respondem rapidamente a qualquer perturbação por alterações na densidade, diversidade e estrutura. Este trabalho experimental teve como finalidade o estudo da recuperação natural das comunidades de nematodes associados aos povoamentos de Zostera noltii pela simulação da atividade de marisqueio. Dois plots foram sujeitos a revolvimento (D1 e D19) e dois plots serviram como controlo (C11 e C18) e foram efetuadas amostragens em cinco ocasiões: T0 – antes do revolvimento; T1 – 14 dias; T2 – 45 dias; T3 – 75 dias; e T4 – 165 dias após revolvimento. Os resultados obtidos não mostraram diferenças significativas na diversidade, densidade e composição trófica das comunidades de nematodes entre tratamentos e tempos de amostragem, evidenciando a sua elevada tolerância a ambientes naturalmente dinâmicos e ao nível de revolvimento a que foram expostas.
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Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2013
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Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Saúde Animal, 2011.
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Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Saúde Animal, 2011.
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Purpose: To investigate the effect of propofol on brain development in neonatal mice and long-term neurocognitive impact in adult mice. Method: The offspring of female C57Bl/6 and male CD-1 mice were administered propofol at concentrations of 2.5 and 5.0 mg/kg (treatment group) or normal saline (control) on postnatal day 7. Thereafter, histological and immunohistochemical examinations were performed on the mice brain. Apoptotic assay, neuronal nuclei antigen immunohistochemistry (to assess neuron density), and behavioral and neurocognitive tests were conducted on the adult mice. Results: Propofol induced cellular degeneration and apoptosis in the brains of neonatal mice. It also modulated physiological parameters (pH, PO2, glucose and lactate), among which decreased blood glucose might be associated with cellular degeneration in the brain. Propofol also caused long-term neuronal deficits in adults, which showed impaired neurocognitive functions. Upon reaching adulthood, propofol-treated mice showed slow learning response and poor memory compared to controls. Conclusion: Propofol causes neurodegeneration in neonatal mice and has long-term neurocognitive consequences in adults, indicating that the use of propofol anesthetics in neonates requires careful consideration.
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Intensification of permafrost disturbances such as active layer detachments (ALDs) and retrogressive thaw slumps (RTS) have been observed across the circumpolar Arctic. These features are indicators of unstable conditions stemming from recent climate warming and permafrost degradation. In order to understand the processes interacting to give rise to these features, a multidisciplinary approach is required; i.e., interactions between geomorphology, hydrology, vegetation and ground thermal conditions. The goal of this research is to detect and map permafrost disturbance, predict landscape controls over disturbance and determine approaches for monitoring disturbance, all with the goal of contributing to the mitigation of permafrost hazards. Permafrost disturbance inventories were created by applying semi-automatic change detection techniques to IKONOS satellite imagery collected at the Cape Bounty Arctic Watershed Observatory (CBAWO). These methods provide a means to estimate the spatial distribution of permafrost disturbances for a given area for use as an input in susceptibility modelling. Permafrost disturbance susceptibility models were then developed using generalized additive and generalized linear models (GAM, GLM) fitted to disturbed and undisturbed locations and relevant GIS-derived predictor variables (slope, potential solar radiation, elevation). These models successfully delineated areas across the landscape that were susceptible to disturbances locally and regionally when transferred to an independent validation location. Permafrost disturbance susceptibility models are a first-order assessment of landscape susceptibility and are promising for designing land management strategies for remote permafrost regions. Additionally, geomorphic patterns associated with higher susceptibility provide important knowledge about processes associated with the initiation of disturbances. Permafrost degradation was analyzed at the CBAWO using differential interferometric synthetic aperture radar (DInSAR). Active-layer dynamics were interpreted using inter-seasonal and intra-seasonal displacement measurements and highlight the importance of hydroclimatic factors on active layer change. Collectively, these research approaches contribute to permafrost monitoring and the assessment of landscape-scale vulnerability in order to develop permafrost disturbance mitigation strategies.