Microglia in the cerebral and cerebellar cortices in individuals with autism

In this thesis, we explore the density of the microglia in the cerebral and cerebellar cortices of individuals with autism to investigate the hypothesis that neuroinflammation is involved in autism. We describe in our findings an increase in microglial density in two disparate cortical regions, frontal insular cortex and visual cortex, in individuals with autism (Tetreault et al., 2012). Our results imply that there is a global increase in the microglial density and neuroinflammation in the cerebral cortex of individuals with autism.

We expanded our cerebellar study to additional neurodevelopmental disorders that exhibit similar behaviors to autism spectrum disorder and have known cerebellar pathology. We subsequently found a more than threefold increase in the microglial density specific to the molecular layer of the cerebellum, which is the region of the Purkinje and parallel fiber synapses, in individuals with autism and Rett syndrome. Moreover, we report that not only is there an increase in microglia density in the molecular layer, the microglial cell bodies are significantly larger in perimeter and area in individuals with autism spectrum disorder and Rett syndrome compared to controls that implies that the microglia are activated. Additionally, an individual with Angelman syndrome and the sibling of an individual with autism have microglial densities similar to the individuals with autism and Rett syndrome. By contrast, an individual with Joubert syndrome, which is a developmental hypoplasia of the cerebellar vermis, had a normal density of microglia, indicating the specific pathology in the cerebellum does not necessarily result in increased microglial densities. We found a significant decrease in Purkinje cells specific to the cerebellar vermis in individuals with autism.

These findings indicate the importance for investigation of the Purkinje synapses in autism and that the relationship between the microglia and the synapses is of great utility in understanding the pathology in autism. Together, these data provide further evidence for the neuroinflammation hypothesis in autism and a basis for future investigation of neuroinflammation in autism. In particular, investigating the function of microglia in modifying synaptic connectivity in the cerebellum may provide key insights into developing therapeutics in autism spectrum disorder.

Dissecting neural circuits for vision in nonhuman primates using fMRI-guided electrophysiology and optogenetics

The visual system is a remarkable platform that evolved to solve difficult computational problems such as detection, recognition, and classification of objects. Of great interest is the face-processing network, a sub-system buried deep in the temporal lobe, dedicated for analyzing specific type of objects (faces). In this thesis, I focus on the problem of face detection by the face-processing network. Insights obtained from years of developing computer-vision algorithms to solve this task have suggested that it may be efficiently and effectively solved by detection and integration of local contrast features. Does the brain use a similar strategy? To answer this question, I embark on a journey that takes me through the development and optimization of dedicated tools for targeting and perturbing deep brain structures. Data collected using MR-guided electrophysiology in early face-processing regions was found to have strong selectivity for contrast features, similar to ones used by artificial systems. While individual cells were tuned for only a small subset of features, the population as a whole encoded the full spectrum of features that are predictive to the presence of a face in an image. Together with additional evidence, my results suggest a possible computational mechanism for face detection in early face processing regions. To move from correlation to causation, I focus on adopting an emergent technology for perturbing brain activity using light: optogenetics. While this technique has the potential to overcome problems associated with the de-facto way of brain stimulation (electrical microstimulation), many open questions remain about its applicability and effectiveness for perturbing the non-human primate (NHP) brain. In a set of experiments, I use viral vectors to deliver genetically encoded optogenetic constructs to the frontal eye field and faceselective regions in NHP and examine their effects side-by-side with electrical microstimulation to assess their effectiveness in perturbing neural activity as well as behavior. Results suggest that cells are robustly and strongly modulated upon light delivery and that such perturbation can modulate and even initiate motor behavior, thus, paving the way for future explorations that may apply these tools to study connectivity and information flow in the face processing network.

Fluorescence microscopy of nicotinic acetylcholine receptors

Neuronal nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are pentameric ligand gated ion channels abundantly expressed in the central nervous system. Changes in the assembly and trafficking of nAChRs are pertinent to disease states including nicotine dependence, autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy (ADNFLE), and Parkinson’s disease (PD). Here we investigate the application of high resolution fluorescence techniques for the study of nAChR assembly and trafficking. We also describe the construction and validation of a fluorescent α5 subunit and subsequent experiments to elucidate the cellular mechanisms through which α5 subunits are expressed, assembled into mature receptors, and trafficked to the cell surface. The effects of a known single nucleotide polymorphism (D398N) in the intracellular loop of α5 are also examined.

Additionally, this report describes the development of a combined total internal reflection fluorescence (TIRF) and lifetime imaging (FLIM) technique and the first application of this methodology for elucidation of stochiometric composition of nAChRs. Many distinct subunit combinations can form functional receptors. Receptor composition and stoichiometry confers unique biophysical and pharmacological properties to each receptor sub-type. Understanding the nature of assembly and expression of each receptor subtype yields important information about the molecular processes that may underlie the mechanisms through which nAChR contribute to disease and addiction states.

Efeitos da administração de inibidores de fosfodiesterases na reversão da hiperatividade de camundongos expostos ao etanol no período correspondente ao terceiro trimestre de gestação em humanos

O consumo de etanol durante a gestação é um grave problema de saúde pública. Durante o desenvolvimento, o sistema nervoso é especialmente susceptível aos efeitos tóxicos do etanol e a exposição ao etanol durante este período pode gerar um amplo espectro de distúrbios neurocomportamentais, sendo o mais frequente, a hiperatividade. Recentemente, estudos têm sugerido que distúrbios na plasticidade neuronal podem estar relacionados com a hiperatividade. Os inibidores de PDE são drogas que agem impedindo a degradação de segundos mensageiros celulares como AMPc e GMPc, mantendo a ativação de proteínas quinases e de fatores de transcrição como o CREB, levando a expressão de genes relacionados à plasticidade. Neste trabalho, avaliamos através do teste de campo aberto se a administração de Vinpocetina ou Rolipram (inibidores de PDE) seria capaz de amenizar ou reverter a hiperatividade de camundongos Suíços expostos ao etanol no período correspondente ao terceiro trimestre de gestação humana. Para tanto, foram realizadas duas etapas: na primeira etapa, durante o período neonatal, os animais receberam injeções intraperitoneais de etanol (5g/Kg em solução salina a 25%, no 2, 4, 6 e 8 dias de vida pós-natal - PN2 a PN8) ou de salina, e 4 horas antes do teste comportamental no campo aberto (10 min), em PN30, receberam Vinpocetina (10mg/Kg ou 20mg/Kg diluídas em DMSO ip) ou somente DMSO ip. Na segunda etapa, os animais foram expostos ao etanol ou à salina no período neonatal nas mesmas condições da primeira etapa e no dia do teste comportamental receberam Rolipram (0,5mg/Kg diluídas em DMSO ip ou somente DMSO ip). Posteriormente aos testes, foram coletados o córtex cerebral frontal e o hipocampo dos animais para avaliação dos níveis de AMPc. Os resultados comportamentais indicam que somente o tratamento com Vinpocetina (20mg/Kg) reverteu a hiperatividade de camundongos expostos ao etanol, resultado que não foi observado com o tratamento com Rolipram. Desta forma, a dosagem dos níveis de AMPc foi realizada apenas nos animais que receberam injeção de Vinpocetina (20mg/Kg). A exposição neonatal ao etanol reduziu significativamente os níveis de AMPc no córtex e no hipocampo. O tratamento com Vinpocetina gerou um aumento nos níveis de AMPc no córtex e restaurou estes níveis no hipocampo. Nossos resultados sugerem que a reversão da hiperatividade pelo tratamento com Vinpocetina pode estar associada ao aumento da plasticidade neural induzida por esta droga.

I. Foehn winds of southern California. II. Foehn wind cyclo-genesis. III. Weather conditions associated with the Akron disaster. IV. The Los Angeles storm of December 30, 1933 to January 1, 1934

I. Foehn winds of southern California.
An investigation of the hot, dry and dust laden winds occurring in the late fall and early winter in the Los Angeles Basin and attributed in the past to the influences of the desert regions to the north revealed that these currents were of a foehn nature. Their properties were found to be entirely due to dynamical heating produced in the descent from the high level areas in the interior to the lower Los Angeles Basin. Any dust associated with the phenomenon was found to be acquired from the Los Angeles area rather than transported from the desert. It was found that the frequency of occurrence of a mild type foehn of this nature during this season was sufficient to warrant its classification as a winter monsoon. This results from the topography of the Los Angeles region which allows an easy entrance to the air from the interior by virtue of the low level mountain passes north of the area. This monsoon provides the mild winter climate of southern California since temperatures associated with the foehn currents are far higher than those experienced when maritime air from the adjacent Pacific Ocean occupies the region.

II. Foehn wind cyclo-genesis.
Intense anticyclones frequently build up over the high level regions of the Great Basin and Columbia Plateau which lie between the Sierra Nevada and Cascade Mountains to the west and the Rocky Mountains to the east. The outflow from these anticyclones produce extensive foehns east of the Rockies in the comparatively low level areas of the middle west and the Canadian provinces of Alberta and Saskatchewan. Normally at this season of the year very cold polar continental air masses are present over this territory and with the occurrence of these foehns marked discontinuity surfaces arise between the warm foehn current, which is obliged to slide over a colder mass, and the Pc air to the east. Cyclones are easily produced from this phenomenon and take the form of unstable waves which propagate along the discontinuity surface between the two dissimilar masses. A continual series of such cyclones was found to occur as long as the Great Basin anticyclone is maintained with undiminished intensity.

III. Weather conditions associated with the Akron disaster.
This situation illustrates the speedy development and propagation of young disturbances in the eastern United States during the spring of the year under the influence of the conditionally unstable tropical maritime air masses which characterise the region. It also furnishes an excellent example of the superiority of air mass and frontal methods of weather prediction for aircraft operation over the older methods based upon pressure distribution.

IV. The Los Angeles storm of December 30, 1933 to January 1, 1934.
This discussion points out some of the fundamental interactions occurring between air masses of the North Pacific Ocean in connection with Pacific Coast storms and the value of topographic and aerological considerations in predicting them. Estimates of rainfall intensity and duration from analyses of this type may be made and would prove very valuable in the Los Angeles area in connection with flood control problems.

Structural and clumped-isotope constraints on the mechanisms of displacement along low-angle detachments

Despite years of research on low-angle detachments, much about them remains enigmatic. This thesis addresses some of the uncertainty regarding two particular detachments, the Mormon Peak detachment in Nevada and the Heart Mountain detachment in Wyoming and Montana.

Constraints on the geometry and kinematics of emplacement of the Mormon Peak detachment are provided by detailed geologic mapping of the Meadow Valley Mountains, along with an analysis of structural data within the allochthon in the Mormon Mountains. Identifiable structures well suited to constrain the kinematics of the detachment include a newly mapped, Sevier-age monoclinal flexure in the hanging wall of the detachment. This flexure, including the syncline at its base and the anticline at its top, can be readily matched to the base and top of the frontal Sevier thrust ramp, which is exposed in the footwall of the detachment to the east in the Mormon Mountains and Tule Springs Hills. The ~12 km of offset of these structural markers precludes the radial sliding hypothesis for emplacement of the allochthon.

The role of fluids in the slip along faults is a widely investigated topic, but the use of carbonate clumped-isotope thermometry to investigate these fluids is new. Faults rocks from within ~1 m of the Mormon Peak detachment, including veins, breccias, gouges, and host rocks, were analyzed for carbon, oxygen, and clumped-isotope measurements. The data indicate that much of the carbonate breccia and gouge material along the detachment is comminuted host rock, as expected. Measurements in vein material indicate that the fluid system is dominated by meteoric water, whose temperature indicates circulation to substantial depths (c. 4 km) in the upper crust near the fault zone.

Slip along the subhorizontal Heart Mountain detachment is particularly enigmatic, and many different mechanisms for failure have been proposed, predominantly involving catastrophic failure. Textural evidence of multiple slip events is abundant, and include multiple brecciation events and cross-cutting clastic dikes. Footwall deformation is observed in numerous exposures of the detachment. Stylolitic surfaces and alteration textures within and around “banded grains” previously interpreted to be an indicator of high-temperature fluidization along the fault suggest their formation instead via low-temperature dissolution and alteration processes. There is abundant textural evidence of the significant role of fluids along the detachment via pressure solution. The process of pressure solution creep may be responsible for enabling multiple slip events on the low-angle detachment, via a local rotation of the stress field.

Clumped-isotope thermometry of fault rocks associated with the Heart Mountain detachment indicates that despite its location on the flanks of a volcano that was active during slip, the majority of carbonate along the Heart Mountain detachment does not record significant heating above ambient temperatures (c. 40-70°C). Instead, cold meteoric fluids infiltrated the detachment breccia, and carbonate precipitated under ambient temperatures controlled by structural depth. Locally, fault gouge does preserve hot temperatures (>200°C), as is observed in both the Mormon Peak detachment and Heart Mountain detachment areas. Samples with very hot temperatures attributable to frictional shear heating are present but rare. They appear to be best preserved in hanging wall structures related to the detachment, rather than along the main detachment.

Evidence is presented for the prevalence of relatively cold, meteoric fluids along both shallow crustal detachments studied, and for protracted histories of slip along both detachments. Frictional heating is evident from both areas, but is a minor component of the preserved fault rock record. Pressure solution is evident, and might play a role in initiating slip on the Heart Mountain fault, and possibly other low-angle detachments.

Dieta hiperlipídica com ou sem adição de sal modula diferentemente a produção de peptídeo natriurético atrial e a expressão de renina em camundongos

Estudo dos efeitos de uma dieta rica em sal e / ou gordura saturada em grânulos de peptídeo natriurético atrial (ANP), hipertensão, expressão da renina e ultraestrutura cardíaca em camundongos C57Bl / 6. Camundongos machos adultos jovens foram separados em quatro grupos (n = 12) e alimentados com uma das seguintes dietas por 9 semanas: dieta padrão para roedores (Grupo P), dieta hiperlipídica (Grupo HL), dieta hipersódica (Grupo HS) e dieta hiperlipídica e hipersódica simultaneamente (HL-HS). Foram examinados: alterações no ANP sérico, ultra-estrutura dos cardiomiócitos produtores de ANP, estrutura do ventrículo esquerdo, pressão arterial sanguínea, expressão da renina no rim, taxa de filtração glomerular (TFG), eficiência alimentar, parâmetros lipídicos e glicídicos. Os animais alimentados com dieta hiperlipídica mostraram um pequeno aumento na produção de ANP, discreta hipertrofia ventricular esquerda, aumento da eficiência alimentar, dislipidemia e hiperglicemia. Animais alimentados com dieta hipersódica tiveram um grande aumento na produção de grânulos de ANP e correspondente elevação do seu nível sérico, hipertrofia ventricular esquerda, hipertensão arterial, diminuição dos níveis de renina e aumento da TFG. A combinação das duas dietas (HL-HS) teve um efeito aditivo. A ingestão de uma dieta com alto teor de sal e lipídeos induz alterações ultraestruturais dos cardiomiócitos, aumento da produção de ANP e elevação de seu nível sérico e reduz a quantidade de renina no rim.

Agonistas PPAR (Rosiglitazona, Bezafibrato e Fenofibrato) e alterações bioquímicas e estruturais em órgãos-alvo de camundongos C57BL/6 alimentados com dieta hiperlipídica rica em sacarose

Este trabalho teve o objetivo de estudar o efeito de medicamentos com diferentes ações agonista PPAR (rosiglitazona, fenofibrato e bezafibrato) sobre o perfil lipídico, glicídico e alterações na massa corporal e morfologia do tecido adiposo e pancreático em modelo de diabetes e sobrepeso induzido por dieta. Camundongos C57BL/6 (2 meses de idade) foram alimentados com dieta padrão (SC, n=10) ou dieta hiperlipídica rica em sacarose (HFHS, n=40) por 6 semanas. Logo após, os animais HFHS foram subdividos em: HFHS não tratado e HFHS tratado com rosiglitazona (HFHS-Ro), fenofibrato (HFHS-Fe) ou bezafibrato (HFHS-Bz) (5 semanas). Os camundongos alimentados com dieta HFHS apresentaram maior glicemia e insulina de jejum (+33% e +138%, respectivamente), intolerância à glicose, resistência à insulina, aumento da massa corporal (MC) (+20%) e adiposidade, hipertrofia de adipócitos e redução da imunocoloração para adiponectina no tecido adiposo. No pâncreas houve aumento da massa (+28%), acúmulo de gordura (+700%), hipertrofia da ilhota (+38%) e redução da imunocoloração para GLUT-2 (-60%). A rosiglitazona diminuiu a glicemia e insulina de jejum, porém induziu o ganho de MC e hipertrofia cardíaca. O fenofibrato estabilizou a MC, enquanto o bezafibrato levou a perda de MC. Apenas o bezafibrato impediu a hipertrofia da ilhota. A imunocoloração para GLUT-2 foi aumentada por todos os medicamentos, e não houve alterações na imunocoloração para o PPARα. Sinais morfológicos de pancreatite foram vistos no grupo HFHS-Fe, apesar dos níveis normais de amilase e lipase séricos. A rosiglitazona exacerbou a infiltração intrapancreática de gordura (+75% vs. HFHS), e o bezafibrato aumento a imunocoloração para o PPARβ/δ nas ilhotas pancreáticas. Em conclusão, o bezafibrato apresentou um efeito mais amplo sobre as alterações metabólicas, morfológicas e biométricas decorrentes da dieta HFHS, sugerindo que a inibição das três isoformas do PPAR seria melhor do que a inibição de apenas uma isoforma. A rosiglitazona exacerbou o ganho de MC, a infiltração de gordura no pâncreas e induziu hipertrofia cardíaca, assim, é necessário cautela ao prescrever este medicamento a um paciente obeso.

Efeitos benéficos do tratamento com óleo de peixe em camundongos c57bl/6 alimentados com dieta hiperlipídica e rica em sacarose

Avaliar os efeitos benéficos do tratamento com óleo de peixe sobre mudanças metabólicas e morfológicas no pâncreas e tecido adiposo de camundongos C57BL/6 alimentados com dieta rica em lipídeos e sacarose (HLS).Camundongos machos da linhagem C57BL/6, foram alimentados com dieta padrão (P) ou dieta HLS. Aos 3 meses de idade, os camundongos do grupo HLS foram separados em grupo não-tratado (HLS) ou grupo tratado com óleo de peixe (HLS-Px, 1,5g/kg/dia). Aos 4 meses de idade os animais foram sacrificados. O grupo HLS apresentou aumento da massa corporal (MC) e no acúmulo do tecido adiposo total, porém o grupo HLS-Px apresentou menor MC e massa de tecido adiposo comparado ao grupo HLS. As concentrações de glicose plasmática e insulina não foram afetadas entre os grupos, no entanto os grupos HLS e HLS-Px apresentaram maior HOMA-IR. Os grupos HLS e HLS-Px apresentaram maiores concentrações plasmáticas do colesterol total e LDL-C, porém o grupo HLS-Px apresentou maior concentração plasmática do HDL-C e redução da concentração de triglicerídeos. Os adipócitos do grupo HLS apresentaram maior diâmetro quando comparado aos grupos controle e HLS-Px. A massa do pâncreas foi menor no grupo HLS-Px e as ilhotas pancreáticas apresentaram maior diâmetro no grupo HLS, quando comparado ao grupo controle. A expressão de insulina, glucagon e GLUT-2 mostrou-se forte em todas as ilhotas pancreáticas do grupo controle, mas o grupo HLS apresentou fraca expressão para o GLUT-2. Entretanto, HLS-Px apresentou maior expressão do GLUT-2. O tratamento com óleo de peixe foi capaz de reduzir o ganho de massa corporal e a concentração de triglicerídeos, assim como reduzir o acúmulo de tecido adiposo,hipertrofia dos adipócitos, das ilhotas pancreáticas, assim como prevenir a redução do GLUT-2 em camundongos C57BL/6.

Benefício da natação em modelo experimental de doença gordurosa hepática não alcoólica e síndrome metabólica

O acúmulo crônico de gordura no fígado (doença hepática gordurosa não alcoólica ou esteatose hepática não alcoólica - NAFLD) está fortemente associada com a obesidade e a resistência à insulina. O estudo teve como objetivo investigar o efeito do exercício físico (natação) na redução da esteatose hepática e comorbidades associadas, incluindo a expressão hepática de síntese de ácidos graxos e receptor proliferador de peroxissoma atividade alfa. Camundongos machos C57BL/6 foram divididos em dois grandes grupos de acordo com a dieta durante 22 semanas: dieta padrão (10% de gordura, SC) ou dieta rica em gordura (60% de gordura, HF), caracterizando os grupos sedentários SC-Sed e HF-Sed. Nas últimas 10 semanas do experimento, metade dos grupos sedentários foram submetidos ao protocolo de natação com um aumento progressivo no tempo (6/dia até 60/dia, 5x/semana), caracterizando os grupos exercitados: SC-Ex e HF-Ex. No final do experimento, comparado ao grupo SC-Sed, o grupo HF-Sed teve a massa corporal significativamente superior, hiperglicemia, hiperinsulinemia com resistência à insulina, hipertrofia dos adipócitos (com infiltrado inflamatório), hipertrofia das ilhotas pancreáticas, dislipidemia, alteração das enzimas hepáticas e inflamatórias e NAFLD com mudanças na expressão de proteínas hepáticas lipogênicas e oxidativas. O programa de natação, mesmo concomitante com a dieta rica em gordura, reduziu o excesso de peso e todos os outros resultados, especialmente a NAFLD. Os resultados permitem concluir que a natação pode atenuar os efeitos deletérios de uma dieta rica em gorduras combinado com estilo de vida sedentário em camundongos. Estes dados reforçam a idéia que o exercício físico pode ser considerado uma estratégia terapêutica não farmacológica eficaz no tratamento da NAFLD, obesidade e resistência à insulina.

Remodelamento do fígado, pâncreas e tecido adiposo em modelo experimental de síndrome metabólica tratado com telmisartana, sitagliptina e metformina

A intervenção farmacológica pode minimizar ou até mesmo reverter o remodelamento adverso em órgãos num modelo de síndrome metabólica. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos das monoterapias e associações medicamentosas sobre a morfologia do tecido adiposo, remodelamento hepático e pancreático em camundongos C57bl/6 alimentados com dieta very high-fat. Camundongos C57bl/6 machos foram alimentados com dieta very high-fat (HF, 60% de lipídios) ou dieta padrão (SC, 10% de lipídios) por 10 semanas, quando foram iniciados os tratamentos: HF-T (HF + Telmisartana, 5.2mg/Kg/dia), HF-S (HF + Sitagliptina, 1.08g/Kg/dia), HF-M (HF + Metformina, 310.0mg/Kg/dia) e as associações medicamentosas HF-TM, HF-TS e HF-SM. Os grupos tratados também tiveram livre acesso à dieta high fat e os tratamentos duraram 6 semanas. Técnicas morfométricas, estereológicas, imunohistoquímicas, ELISA, western blotting e microscopia eletrônica foram utilizadas. A dieta high-fat causou sobrepeso, intolerância oral à glucose, hiperinsulinemia, hipertrofia de ilhotas e adipócitos, grau 2 de esteatose hepatica (<33%) redução da expressão de PPAR-alfa e de GLUT-2, concomitante com aumento da expressão de SREBP-1 no grupo HF (P<0.0001). Por outro lado, todos os tratamentos resultaram em perda de peso significativa, reversão da resistência à insulina, hipertrofia de ilhotas e adipócitos e alívio da esteatose hepática. Somente os grupos HF-T e HF-TS apresentaram massa corporal similar ao grupo SC ao final do experimento, sendo que o ultimo também apresentou reversão da esteatose hepática. O aumento da expressão do PPAR-alfa paralelamente ao decréscimo da expressão do SREBP-1 explica os achados favoráveis para o fígado. A normalização do tamanho do adipócito foi consistente com os níveis maiores de adiponectina e com a redução dos níveis de TNF-alfa (P<0.0001) nos grupos tratados.Todos os tratamentos foram eficazes para controlar a síndrome metabólica. Os melhores resultados foram alcançados com a telmisartana e sitagliptina como monoterapias ou como associação entre essas, combinando a ativação parcial do PPAR-alfa no fígado com a extensão do tempo de ação das incretinas

Dieta hiperlipídica materna e pós-natal promove remodelamento adverso do fígado, pâncreas e tecido adiposo na prole

A dieta hiperlipídica (high-fat, HF) materna durante a gestação e/ou lactação aumenta a susceptibilidade da prole para o desenvolvimento de doenças crônicas na fase adulta. Verificar a hipótese que a ingestão materna de dieta HF nos períodos críticos de desenvolvimento (gestação e/ou lactação) predispõe à doença não alcoólica do fígado gorduroso e alterações pancreáticas e no tecido adiposo de camundongos machos adultos. Camundongos C57BL/6 fêmeas receberam durante a gestação e/ou lactação dieta padrão (standard chow, SC) ou HF. Filhotes machos foram divididos em cinco grupos: SC provenientes de mães SC; G provenientes de mães HF durante a gestação; L provenientes de mães HF durante a lactação; GL/HF provenientes de mães HF durante a gestação/lactação, mantendo a mesma dieta HF no período pós-natal (do desmame aos 3 meses deidade); GL provenientes de mães HF durante a gestação/lactação trocando a dieta para SC no período pós-natal (do desmame aos 3 meses deidade). Foi analisada ao longo do experimento a massa corporal da prole. No sacrifício (3 meses), o fígado, o pâncreas e a gordura epididimária foram removidos, pesados e processados e o sangue foi coletado para análise bioquímica. Ao nascimento e ao desmame, filhotes GL/HF foram mais pesados (+6% e +44%, p<0,05, respectivamente) que os filhotes SC. Os filhotes G apresentaram resistência à insulina e menor expressão do transportador de glicose no fígado (GLUT-2). A esteatose hepática foi observada nos grupos G, L, GL e principalmente nos filhotes do grupo GL/HF. A expressão hepática da proteína ligante de elementos regulatórios de esteróis (SREBP-1c) estava aumentada nos filhotes G, GL e GL/HF. Os filhotes G, GL e GL/HF apresentaram hipertrofia da ilhota pancreática e dos adipócitos quando comparados com o grupo SC. O consumo de dieta HF durante a gestação mostra-se ser o período mais prejudicial para os filhotes adultos de camundongos. A programação metabólica por dieta HF leva ao remodelamento adverso do fígado, do pâncreas e do tecido adiposo

Physiological modules for generating discrete and rhythmic movements: action identification by a dynamic recurrent neural network

In this study we employed a dynamic recurrent neural network (DRNN) in a novel fashion to reveal characteristics of control modules underlying the generation of muscle activations when drawing figures with the outstretched arm. We asked healthy human subjects to perform four different figure-eight movements in each of two workspaces (frontal plane and sagittal plane). We then trained a DRNN to predict the movement of the wrist from information in the EMG signals from seven different muscles. We trained different instances of the same network on a single movement direction, on all four movement directions in a single movement plane, or on all eight possible movement patterns and looked at the ability of the DRNN to generalize and predict movements for trials that were not included in the training set. Within a single movement plane, a DRNN trained on one movement direction was not able to predict movements of the hand for trials in the other three directions, but a DRNN trained simultaneously on all four movement directions could generalize across movement directions within the same plane. Similarly, the DRNN was able to reproduce the kinematics of the hand for both movement planes, but only if it was trained on examples performed in each one. As we will discuss, these results indicate that there are important dynamical constraints on the mapping of EMG to hand movement that depend on both the time sequence of the movement and on the anatomical constraints of the musculoskeletal system. In a second step, we injected EMG signals constructed from different synergies derived by the PCA in order to identify the mechanical significance of each of these components. From these results, one can surmise that discrete-rhythmic movements may be constructed from three different fundamental modules, one regulating the co-activation of all muscles over the time span of the movement and two others elliciting patterns of reciprocal activation operating in orthogonal directions.

Physiological modules for generating discrete and rhythmic movements: Component analysis of EMG signals

A central question in Neuroscience is that of how the nervous system generates the spatiotemporal commands needed to realize complex gestures, such as handwriting. A key postulate is that the central nervous system (CNS) builds up complex movements from a set of simpler motor primitives or control modules. In this study we examined the control modules underlying the generation of muscle activations when performing different types of movement: discrete, point-to-point movements in eight different directions and continuous figure-eight movements in both the normal, upright orientation and rotated 90 degrees. To test for the effects of biomechanical constraints, movements were performed in the frontal-parallel or sagittal planes, corresponding to two different nominal flexion/abduction postures of the shoulder. In all cases we measured limb kinematics and surface electromyographic activity (EMB) signals for seven different muscles acting around the shoulder. We first performed principal component analysis (PCA) of the EMG signals on a movement-by-movement basis. We found a surprisingly consistent pattern of muscle groupings across movement types and movement planes, although we could detect systematic differences between the PCs derived from movements performed in each sholder posture and between the principal components associated with the different orientations of the figure. Unexpectedly we found no systematic differences between the figute eights and the point-to-point movements. The first three principal components could be associated with a general co-contraction of all seven muscles plus two patterns of reciprocal activatoin. From these results, we surmise that both "discrete-rhythmic movements" such as the figure eight, and discrete point-to-point movement may be constructed from three different fundamental modules, one regulating the impedance of the limb over the time span of the movement and two others operating to generate movement, one aligned with the vertical and the other aligned with the horizontal.

Fenofibrato (agonista do receptor ativador da proliferação peroxissomal) modula o sistema renina-angiotensina no coração de camundongos alimentados com dieta hiperlipídica

O objetivo deste trabalho foi estudar a ação do fenofibrato, um agonista do receptor ativador da proliferação peroxissomal alfa, no remodelamento cardíaco e na expressão de componentes do sistema renina-angiotensina (SRA) em um modelo de obesidade induzida por dieta. Camundongos machos C57Bl/6 com três meses de idade foram alimentados durante 11 semanas com dieta controle (grupo C, 3,57 kcal/g de dieta) ou dieta hiperlipídica (grupo HL, 5,40 kcal/g de dieta), em seguida foram separados em quatro grupos e estudados durante cinco semanas: C; HL; C-L (C mais fenofibrato) e HL-F (HL mais fenofibrato). Os animais HL foram mais pesados e apresentaram maior pressão arterial (PA) comparados aos animais C, mas HL-F foram mais leves e tiveram PA menor que HL. A resistência insulínica vista nos camundongos HL foi melhorada com fenofibrato nos camundongos HL-F. Fenofibrato reduziu colesterol total, triglicerídeos e aumentou HDL-c. Os animais HL apresentou um ventrículo esquerdo (VE) mais pesado e com espessura da parede maior, como também cardiomiócitos maiores e uma menor razão cardiomiócito/capilares que os animais C. Fenofibrato foi eficiente em melhorar estas alterações. As expressões cardíacas de Angiotensina II (ANG II) e de seu receptor tipo 1 (AT1R) foram maiores, enquanto que a expressão de seu receptor tipo 2 (AT2R) foi menor nos animais HL que nos animais C, e fenofibrato foi eficiente em atenuar estas diferenças. Como conclusão, a dieta HL lidera para a obesidade, elevação da PA, hipertrofia cardíaca, alterações metabólicas e expressão proteica alterada do SRA em camundongos, sugerindo a participação do SRA nestas alterações. Fenofibrato é eficiente em diminuir a PA e controlar a expressão proteica do SRA, assim como no tratamento da resistência insulínica e do remodelamento cardíaco adverso, diminuindo a hipertrofia dos cardiomiócitos e melhorando a vascularização do miocárdio, desta maneira, diminuindo importantes fatores de risco para doenças cardiovasculares