Bloqueio adenosinérgico e filtro sensorial

Esta dissertação é estruturada em três partes. Na primeira, revisa-se a noção de filtro sensorial, com enfoque particular no paradigma do P50, uma técnica eletroneurofisiológica de extremo valor para a investigação da neurobiologia básica subjacente aos defeitos de processamento sensorial que caracterizam algumas doenças mentais, e mais particularmente a esquizofrenia, sobre a qual dedica-se especial interesse. Na segunda, revisa-se a hipótese, proposta recentemente por Lara e Souza (2000), de hipofunção adenosinérgica como disfunção bioquímica básica na esquizofrenia, à luz das evidências mais recentes. Na terceira, desenvolve-se um trabalho experimental original com o intuito de investigar a hipótese hipoadenosinérgica da esquizofrenia. Trata-se de um desafio farmacológico, de um ensaio clínico cruzado onde 13 voluntários hígidos foram submetidos a tratamento com teofilina (um antagonista não-seletivo dos receptores de adenosina do tipo A1 e A2A) e a placebo, em dois momentos diferentes, tendo se avaliado os seus potenciais evocados de acordo com o paradigma do P50 antes (em seu valor basal) e após o tratamento, levantando-se uma curva de efeito com base no tempo. Paralelamente, avaliaram-se 17 pacientes com diagnóstico estabelecido de esquizofrenia, clinicamente estáveis, em acompanhamento ambulatorial e em uso de medicação neuroléptica típica, com a intenção de fornecer um grupo adicional de comparação e de replicar os achados prévios de falha de supressão do componente P50 na esquizofrenia, um aspecto fundamental para demonstrar o domínio da metodologia experimental, que foi aqui empregada pela primeira vez em nosso meio. Este estudo foi capaz de mostrar que a indução de um estado transitório de hipofunção adenosinérgica em indivíduos normais, mostra perda da supressão. Em outras palavras, que déficits no processamento da informação auditiva, que não existiam nos indivíduos normais, foram provocados pela utilização de teofilina, que, bloqueando os receptores de adenosina A1 e A2A, provocou um estado hipoadenosinérgico transitório. A disfunção provocada pela teofilina foi da mesma ordem de grandeza da verificada nos pacientes com esquizofrenia. Estes resultados fornecem evidência que corroboram o modelo de hipofunção adenosinérgica para a esquizofrenia.

Influência do tratamento crônico com cafeína em modelos animais de esquizofrenia : parâmetros cognitivos e comportamentais

A esquizofrenia envolve um conjunto de sintomas de sensopercepção, cognição e afeto que compromete significativamente a vida do sujeito. O mais aceito modelo para se entender essa doença é o modelo de hiperatividade dopaminérgica, pois drogas como anfetamina e cocaína, que aumentam a atividade dopaminérgica, mimetizam alguns sintomas dessa patologia, e os fármacos usados para o tratamento são os que bloqueiam os receptores de dopamina. Além da dopamina, o sistema glutamatérgico também tem sido relacionado à esquizofrenia, pelo fato de antagonistas de receptores glutamatérgicos do tipo NMDA, tais como PCP, MK-801 e cetamina, provocarem alguns sintomas dessa doença, como desorganização cognitiva e delírios em pessoas saudáveis. adenosina, por sua vez, desempenha um papel neuromodulatório tanto da atividade dopaminérgica quanto da atividade glutamatérgica, inibindo o tônus de ambos neurotransmissores por diferentes vias. Assim, sugerimos que antagonistas de receptores adenosinérgicos, como a cafeína, também seriam um modelo farmacológico para a doença. Com base nisso, demonstramos previamente que camundongos tratados cronicamente com cafeína desenvolvem tolerância cruzada ao efeito do antagonista NMDA MK-801 em provocar hiperlocomoção, mas não em seu déficit cognitivo na esquiva inibitória. Buscando ampliar e melhor caracterizar essa interação, os seguintes parâmetros foram avaliados em camundongos: atividade locomotora realizando-se as curvas de dose e de tempo; memória de trabalho, avaliada na tarefa de alternação tardia; memória de longa duração, avaliada na tarefa de esquiva inibitória e a avaliação de ataxia. Os resultados nos mostraram que camundongos subcronicamente tratados com cafeína na bebida (1 mg/mL, por 1, 3, ou 7 dias) apresentaram habituação semelhante entre os grupos e que MK-801 (0,25 mg/kg, i.p.) produziu hiperlocomoção nos animais tratados com água e 1 dia de cafeína, com efeito diminuído depois de 3 dias e praticamente abolido depois de 7 dias. Depois de 7 dias, o efeito também foi dose-dependente, sem tolerância cruzada na dose de 0,1 mg/mL, intermediária na dose de 0,3 mg/mL e total a 1,0 mg/mL. Os escores de ataxia induzidos por 0,5 mg/kg de MK-801 não foram afetados pelo tratamento com cafeína por 7 dias a 1 mg/mL, mas uma hiperlocomoção transitória foi observada. O tratamento com cafeína por 7 dias a 1 mg/mL preveniu os déficits induzidos por 0,01 mg/kg de MK-801 na tarefa de esquiva inibitória e os atenuou, a 0,4 mg/kg de MK-801, na tarefa de alternação tardia, no labirinto em T. Conclui-se, então, que a hiperlocomoção e os déficits cognitivos – mas não a ataxia – induzidos por MK-801 podem estar influenciados pela atividade reduzida da adenosina. Assim, os estudos sobre a ação da adenosina podem se fazer relevantes para a melhor compreensão da neurobiologia da esquizofrenia. Estes resultados são concordantes com o novo modelo proposto, que é o de hipofunção adenosinérgica na esquizofrenia.

Hipótese de disfunção adenosinérgica em esquizofrenia e sua avaliação : ensaio clínico de tratamento adjuvante com alopurinol em pacientes esquizofrênicos refratários

A esquizofrenia é uma síndrome neuropsiquiátrica, altamente incapacitante, que acomete em torno de 1% da população, constituindo-se um grave problema de saúde pública. Apesar dos avanços neurocientíficos das últimas décadas, sua neurobiologia e tratamento permanecem um desafio. As evidências sugerem que a esquizofrenia seja uma doença do neurodesenvolvimento que envolve os sistemas dopaminérgico, serotoninérgico e glutamatérgico. O sistema purinérgico é um importante sistema neuromodulador e neuroprotetor do SNC. A adenosina é um efetor desse sistema que tem papel neuromodulador inibitório dos sistemas dopaminérgico, serotoninérgico e glutamatérgico. Em 2000 Lara e Souza propuseram um modelo patofisiopatológico que postula que na esquizofrenia haveria uma hipofunção adenosinérgica, buscando integrar diversas hipóteses. A presente tese é composta de dois capítulos apresentados sob forma de artigos científicos. O primeiro, intitulado: “Involvement of adenosine in the neurobiology of schizophrenia and its therapeutic implications”, apresenta uma revisão da hipótese purinérgica da esquizofrenia à luz dos estudos publicados nos últimos anos na literatura. Propõe que na esquizofrenia haveria uma disfunção adenosinérgica. A adenosina seria a mediadora do dano cerebral precoce, levando a uma redução de receptores A1 e perda de tônus inibitório adenosinérgico sobre outros sistemas neurotransmissores como glutamato. E sugere como modelo farmacológico os antagonistas adenosinérgicos cafeína e teofilina, já com resultados de estudos em animais e de P50 em humanos. O segundo capítulo, intitulado: “Clinical trial of allopurinol adjuvant therapy for moderately refractory schizophrenia”, apresenta o ensaio clínico randomizado, duplo-cego, cruzado de terapia adjuvante com alopurinol em pacientes esquizofrênicos com resposta pobre aos tratamentos convencionais. Nesse estudo, em uma amostra de 23 pacientes, 9 apresentaram melhora de 20% ou mais nos escores da PANSS total (resposta). A resposta foi mais proeminente para os escores da PANSS para sintomas positivos (11respondedores/23), em pacientes mais jovens e com menor tempo de doença. Com esses resultados demonstramos o efeito terapêutico do alopurinol para o tratamento da esquizofrenia refratária, especialmente dos sintomas positivos. O tratamento com alopurinol foi bem tolerado e seu baixo custo favorece seu uso no sistema de saúde pública. Além disso, seu efeito terapêutico reforça o papel da adenosina e do sistema purinérgico na esquizofrenia, estimulando novos estudos.

O filtro sensorial P50 em transtornos neuropsiquiátricos e a sua modulação por cafeína

O paradigma do P50 é uma técnica eletrofisiológica útil na investigação da neurobiologia básica subjacente aos defeitos de processamento sensorial que caracterizam algumas doenças mentais, mais tradicionalmente associados à esquizofrenia. Nessa tese replica-se e amplia-se o estudo do filtro sensorial P50 em algumas condições neurológicas e psiquiátricas. Foram replicados os achados de perda de supressão na esquizofrenia, na doença de Parkinson e no transtorno de estresse pós-traumático (avaliando pioneiramente vítimas de violência urbana). O filtro sensorial P50 em populações com transtorno de pânico, com transtorno obsessivo-compulsivo e na doença de Machado-Joseph, uma ataxia cerebelar, foi avaliado pela primeira vez. Em todas estas patologias documentou-se uma perda da supressão do P50. Também se investigou os efeitos da modulação do filtro sensorial por cafeína (a substância psicoativa mais consumida no mundo todo, um antagonista não-seletivo dos receptores de adenosina do tipo A1 e A2A), administrada por via oral a 24 voluntários saudáveis em diferentes doses (100, 200 e 400 mg e placebo). As doses de 200mg e 400 mg reduziram a supressão do P50. O efeito da cafeína foi independente do gênero e do uso habitual de cafeína. Usuários (n=15) mostraram valores basais diferentes quando comparados aos não usuários (n=9), com amplitudes S2 menores. Os resultados obtidos com a teofilina, num estudo prévio, e com a cafeína foram reanalizados, mostrando uma perda transitória de supressão do P50 mais pronunciada à direita, sugerindo uma alteração no padrão de lateralização do filtro sensorial P50 mediada pelo uso de metil-xantinas. Estes achados reforçam a participação da adenosina na modulação do filtro sensorial P50 e indicam que a ingestão de cafeína deva ser controlada neste tipo de estudo. Dessa forma, demonstra-se que uma supressão do P50 alterada é um achado pouco específico. Uma vez que a supressão do P50 pode ser alterada por uma situação habitual como o uso de bebidas que contém cafeína, é possível que a perda da supressão não seja necessáriariamente ruim, mesmo que ela esteja potencialmente associada a uma vulnerabilidade maior para doenças neuropsiquiátricas.

Efeito da microinjeção de agonistas serotoninérgicos 5-Ht1b no córtex pré-frontal sobre o comportamento agressivo maternal após provocação social

A serotonina (5-hidroxitriptamina, 5-HT), é um dos neurotransmissores que possui um papel importante na neurobiologia do comportamento agressivo. Estudos têm demonstrado que níveis elevados de serotonina conduzem a uma diminuição da agressividade em muitas espécies diferentes incluindo a espécie humana. Os receptores 5-HT1B estão envolvidos em funções comportamentais importantes, como o comportamento agressivo. Injeções sistêmicas de agonistas dos receptores 5-HT1B apresentam efeitos específicos antiagressivos. Recentemente, no córtex pré-frontal, mais especificamente na região orbitofrontal, tem sido identificado uma importante inibição no controle do comportamento, em particular o comportamento impulsivo e agressivo. O objetivo do presente trabalho foi avaliar os efeitos de dois agonistas dos receptores 5-HT1B o CP-94,253 e o CP-93,129 sobre o comportamento agressivo de ratas fêmeas submetidas à provocação social e o papel do córtex pré-frontal: a região orbitofrontal, sobre o comportamento agressivo. Foram utilizadas ratas fêmeas Wistar microinjetadas no nono dia pós-parto com CP-94,253 ou CP-93,129. O agonista dos receptores 5-HT1B o CP-94,253 foi injetado nas doses de 0,56 (n=8) e 1,0 μg/0,2μl (n=8). O outro agonista dos receptores 5-HT1B o CP-93,129 foi injetado na dose de 1,0 μg/0,2μl (n=9). O veículo para o CP-94,253 foi Dimetilsulfóxido (DMSO) 5% juntamente com 5% de Tween 80 diluídos em água destilada e para o CP-93,129 o veículo foi salina. O experimento iniciou com fêmeas prenhas. No 5º dia pós-parto, a fêmea foi submetida ao protocolo de provocação social. No 6º dia pós-parto, a fêmea foi submetida à cirurgia estereotáxica e no 9º dia pós-parto a fêmea foi microinjetada com veículo ou agonistas 5- HT1B. Após a microinjeção foi realizado o teste comportamental, sendo que os comportamentos - agressivos e não-agressivos – foram filmados para posterior análise. A freqüência dos comportamentos foi comparada entre os grupos tratados e veículo pela análise de variância no grupo do CP-94,253 e foi utilizado pelo Teste t de Student para comparar o grupo CP-93,129 com o veículo. Os resultados mostraram uma diminuição no comportamento agressivo maternal (ataque lateral, postura agressiva e dominar) após a microinjeção do agonista CP-93,129 comparado com o grupo salina. Os dois agonistas dos receptores 5-HT1B o CP-94,253 e o CP-93,129 não tiveram os mesmos efeitos. O CP- 93,129, quando microinjetado no córtex pré-frontal, na região orbitofrontal de ratas submetidas à provocação social, tem efeitos antiagressivos enquanto que o CP-94,253 não alterou o comportamento agressivo.

Caracterização dos acoplamentos fase-amplitude na região CA1 do hopocampo

Brain oscillation are not completely independent, but able to interact with each other through cross-frequency coupling (CFC) in at least four different ways: power-to-power, phase-to-phase, phase-to-frequency and phase-to-power. Recent evidence suggests that not only the rhythms per se, but also their interactions are involved in the execution of cognitive tasks, mainly those requiring selective attention, information flow and memory consolidation. It was recently proposed that fast gamma oscillations (60 150 Hz) convey spatial information from the medial entorhinal cortex to the CA1 region of the hippocampus by means of theta (4-12 Hz) phase coupling. Despite these findings, however, little is known about general characteristics of CFCs in several brain regions. In this work we recorded local field potentials using multielectrode arrays aimed at the CA1 region of the dorsal hippocampus for chronic recording. Cross-frequency coupling was evaluated by using comodulogram analysis, a CFC tool recently developted (Tort et al. 2008, Tort et al. 2010). All data analyses were performed using MATLAB (MathWorks Inc). Here we describe two functionally distinct oscillations within the fast gamma frequency range, both coupled to the theta rhythm during active exploration and REM sleep: an oscillation with peak activity at ~80 Hz, and a faster oscillation centered at ~140 Hz. The two oscillations are differentially modulated by the phase of theta depending on the CA1 layer; theta-80 Hz coupling is strongest at stratum lacunosum-moleculare, while theta-140 Hz coupling is strongest at stratum oriens-alveus. This laminar profile suggests that the ~80 Hz oscillation originates from entorhinal cortex inputs to deeper CA1 layers, while the ~140 Hz oscillation reflects CA1 activity in superficial layers. We further show that the ~140 Hz oscillation differs from sharp-wave associated ripple oscillations in several key characteristics. Our results demonstrate the existence of novel theta-associated high-frequency oscillations, and suggest a redefinition of fast gamma oscillations

Alterações da default mode network provocadas pela ingestão de Ayahuasca investigadas por Ressonância Magnética Funcional

Ayahuasca is psychotropic beverage that has been used for ages by indigenous populations in South America, notably in the Amazon region, for religious and medicinal purposes. The tea is obtained by the decoction of leaves from the Psychotria viridis with the bark and stalk of a shrub, the Banisteriopsis caapi. The first is rich in N-N-dimethyltryptamine (DMT), which has an important and well-known hallucinogenic effect due to its agonistic action in serotonin receptors, specifically 5-HT2A. On the other hand, β-carbolines present in B. caapi, particularly harmine and harmaline, are potent monoamine oxidase inhibitors (MAOi). In addition, the tetrahydroharmine (THH), also present in B. caapi, acts as mild selective serotonin reuptake inhibitor and a weak MAOi. This unique composition induces a number of affective, sensitive, perceptual and cognitive changes in individuals under the effect of Ayahuasca. On the other hand, there is growing interest in the Default Mode Network (DMN), which has been consistently observed in functional neuroimaging studies. The key components of this network include structures in the brain midline, as the anterior medial frontal cortex, ventral medial frontal cortex, posterior cingulate cortex, precuneus, and some regions within the inferior parietal lobe and middle temporal gyrus. It has been argued that DMN participate in tasks involving self-judgments, autobiographical memory retrieval, mental simulations, thinking in perspective, meditative states, and others. In general, these tasks require an internal focus of attention, hence the conclusion that the DMN is associated with introspective mental activity. Therefore, this study aimed to evaluate by functional magnetic resonance imaging (fMRI) changes in DMN caused via the ingestion of Ayahuasca by 10 healthy subjects while submitted to two fMRI protocols: a verbal fluency task and a resting state acquisition. In general, it was observed that Ayahuasca causes a reduction in the fMRI signal in central nodes of DMN, such as the anterior cingulate cortex, the medial prefrontal cortex, the posterior cingulate cortex, precuneus and inferior parietal lobe. Furthermore, changes in connectivity patterns of the DMN were observed, especially a decrease in the functional connectivity of the precuneus. Together, these findings indicate an association between the altered state of consciousness experienced by individuals under the effect of Ayahuasca, and changes in the stream of spontaneous thoughts leading to an increased introspective mental activity

Avaliação por ressonância magnética funcional e estimulação magnética transcraniana da intervenção única da terapia espelho em pacientes após acidente vascular cerebral isquêmico

Mirror therapy (MT) is being used as a rehabilitation tool in various diseases, including stroke. Although some studies have shown its effectiveness, little is known about neural mechanisms that underlie the rehabilitation process. Therefore, this study aimed at assessing cortical neuromodulation after a single MT intervention in ischemic stroke survivors, by means of by functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) and Transcranial Magnetic Stimulation (TMS). Fifteen patients participated in a single thirty minutes MT session. fMRI data was analyzed bilaterally in the following Regions of Interest (ROI): Supplementary Motor Area (SMA), Premotor cortex (PMC), Primary Motor cortex (M1), Primary Sensory cortex (S1) and Cerebellum. In each ROI, changes in the percentage of occupation and beta values were computed. Group fMRI data showed a significant decreased in the percentage of occupation in PMC and cerebellum, contralateral to the affected hand (p <0.05). Significant increase in beta values was observed in the following contralateral motor areas: SMA, Cerebellum, PMC and M1 (p<0,005). Moreover, a significant decrease was observed in the following ipsilateral motor areas: PMC and M1 (p <0,001). In S1 a bilateral significant decrease (p<0.0005) was observed.TMS consisted of the analysis of Motor Evoked Potential (MEP) of M1 hotspot. A significant increase in the amplitude of the MEP was observed after therapy in the group (p<0,0001) and individually in 4 patients (p <0.05). Altogether, our results imply that single MT intervention is already capable of promoting changes in neurobiological markers toward patterns observed in healthy subjects. Furthermore, the contralateral hemisphere motor areas changes are opposite to the ones in the ipsilateral side, suggesting an increase system homeostasis.

A cafeína exerce efeitos positivos sobre a memória tipo episódica em ratos adultos sem influenciar a sobrevivência neural no giro dentado

The caffeine is a mild psychostimulant that has positive cognitive effects at low doses, while promotes detrimental effects on these processes at higher doses. The episodic-like memory can be evaluated in rodents through hippocampus-dependent tasks. The dentate gyrus is a hippocampal subregion in which neurogenesis occurs in adults, and it is believed that this process is related to the function of patterns separation, such as the identification of spatial and temporal patterns when discriminating events. Furthermore, neurogenesis is influenced spatial and contextual learning tasks. Our goal was to evaluate the performance of male Wistar rats in episodic-like tasks after acute or chronic caffeine treatment (15mg/kg or 30mg/kg). Moreover, we assessed the chronic effect of the caffeine treatment, as well as the influence of the hippocampus-dependent learning tasks, on the survival of new-born neurons at the beginning of treatment. For this purpose, we used BrdU to label the new cells generated in the dentate gyrus. Regarding the acute treatment, we found that the saline group presented a tendency to have better spatial and temporal discrimination than caffeine groups. The chronic caffeine group 15 mg/kg (low dose) showed the best discrimination of the temporal aspect of episodic-like memory, whereas the chronic caffeine group 30mg/kg (high dose) was able to discriminate temporal order, only in a condition of greater difficulty. Assessment of neurogenesis using immunohistochemistry for evaluating survival of new-born neurons generated in the dentate gyrus revealed no difference among groups of chronic treatment. Thus, the positive mnemonic effects of the chronic caffeine treatment were not related to neuronal survival. However, another plastic mechanism could explain the positive mnemonic effect, given that there was no improvement in the acute caffeine groups

Efeitos da eliminação de neurônios infragranulares sobre a especificação de neurônios supragranulares do córtex cerebral

The cerebral cortex of mammals is histologically organized into different layers of excitatory neurons that have distinct patterns of connections with cortical or subcortical targets. During development, these cortical layers are established through an intricate combination of neuronal specification and migration in a radial pattern known as "insideout": deep-layer neurons are generated prior to upper-layer neurons. In the last few decades, several genes encoding transcription factors involved in the sequential specification of neurons destined to different cortical layers have been identified. However, the influence of early-generated neurons in the specification of subsequent neuronal cohorts remains unclear. To investigate this possible influence, we induced the selective death of cortical neurons from layer V and VI before the generation of layer II, III and IV neurons. Thus, we can evaluate the effects of ablation of early born neurons on the phenotype of late born neurons. Our data shows that one-day after ablation, layer VI neurons expressing the transcription factor TBR1 are newly generated while virtually no neuron expressing TBR1 was generated in the same age in control animals. This suggests that progenitors involved in the generation of neurons destined for superficial layers suffer interference from the selective death of neurons in deep layers, changing their specification. We also observed that while TBR1-positive neurons are located exclusively in deep cortical layers of control animals, many TBR1-positive neurons are misplaced in superficial layers of ablated animals, suggesting that the migration of cortical neurons could be controlled independently of neuronal phenotypes. Furthermore, we observed an increase in layer V neurons expressing CTIP2 and neurons expressing SATB2 and that these cells have changed their distributions. As a conclusion, our data indicate the existence of a mechanism of control exercised by the early-generated neurons in the cerebral cortex on the fate of the progenitors involved in the generation of the following cortical neurons. This mechanism could help to control the number of neurons in different layers and contribute to the establishment of different cortical areas

Interferindo com oscilações de alta frequência no hipocampo epiléptico: consequências para as crises espontâneas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Efeitos da sinalização via creb sobre a sobrevivência e diferenciação meuronal

The cortical development requires a precise process of proliferation, migration, survival and differentiation of newly formed neurons to finally achieve the development of a functional network. Different kinases, such as PKA, CaMKII, MAPK and PI3K, phosphorylate the transcription factors CREB, and thus activate it, inducing CREB-dependent gene expression. In order to identify the involvement of such signaling pathways mediated by CREB over neuronal differentiation and survival, in vitro experiments of cell culture were conducted using pharmacological kinase inhibitors and genetic techniques to express different forms of CREB (A-CREB and CREB-FY) in cortical neurons. Inhibition of PKA and CaMKII decreased the length of neuronal processes (neurites); whereas inhibition of MAPK did not affect the length, but increased the number of neurites. Blockade of PI3K do not appear to alter neuronal morphology, nor the soma size changed with the kinase blockades. CREB activation (CREB-FY) along with MAPK and PI3K blockades presented a negative side effect over neuritic growth and the expression of A-CREB leaded to a significant decrease in neuronal survival after 60h in vitro and mimicked some of the effects on neuronal morphology observed with PKA and CaMKII blockade. In summary the signaling through CREB influences the morphology of cortical neurons, particularly when phosphorylated by PKA, and CREB signaling is also important for survival of immature neurons prior to the establishment of fully functional synaptic contacts. Our data contribute to understanding the role of CREB signaling, activated by different routes, on survival and neuronal differentiation and may be valuable in the development of regenerative strategies in different neurological diseases

Indicadores de cálcio e de voltagem codificados geneticamente na detecção de potenciais de ação e inputs sinápticos em cultura de neurônios hipocampais

Recently, genetically encoded optical indicators have emerged as noninvasive tools of high spatial and temporal resolution utilized to monitor the activity of individual neurons and specific neuronal populations. The increasing number of new optogenetic indicators, together with the absence of comparisons under identical conditions, has generated difficulty in choosing the most appropriate protein, depending on the experimental design. Therefore, the purpose of our study was to compare three recently developed reporter proteins: the calcium indicators GCaMP3 and R-GECO1, and the voltage indicator VSFP butterfly1.2. These probes were expressed in hippocampal neurons in culture, which were subjected to patchclamp recordings and optical imaging. The three groups (each one expressing a protein) exhibited similar values of membrane potential (in mV, GCaMP3: -56 ±8.0, R-GECO1: -57 ±2.5; VSFP: -60 ±3.9, p = 0.86); however, the group of neurons expressing VSFP showed a lower average of input resistance than the other groups (in Mohms, GCaMP3: 161 ±18.3; GECO1-R: 128 ±15.3; VSFP: 94 ±14.0, p = 0.02). Each neuron was submitted to current injections at different frequencies (10 Hz, 5 Hz, 3 Hz, 1.5 Hz, and 0.7 Hz) and their fluorescence responses were recorded in time. In our study, only 26.7% (4/15) of the neurons expressing VSFP showed detectable fluorescence signal in response to action potentials (APs). The average signal-to-noise ratio (SNR) obtained in response to five spikes (at 10 Hz) was small (1.3 ± 0.21), however the rapid kinetics of the VSFP allowed discrimination of APs as individual peaks, with detection of 53% of the evoked APs. Frequencies below 5 Hz and subthreshold signals were undetectable due to high noise. On the other hand, calcium indicators showed the greatest change in fluorescence following the same protocol (five APs at 10 Hz). Among the GCaMP3 expressing neurons, 80% (8/10) exhibited signal, with an average SNR value of 21 ±6.69 (soma), while for the R-GECO1 neurons, 50% (2/4) of the neurons had signal, with a mean SNR value of 52 ±19.7 (soma). For protocols at 10 Hz, 54% of the evoked APs were detected with GCaMP3 and 85% with R-GECO1. APs were detectable in all the analyzed frequencies and fluorescence signals were detected from subthreshold depolarizations as well. Because GCaMP3 is the most likely to yield fluorescence signal and with high SNR, some experiments were performed only with this probe. We demonstrate that GCaMP3 is effective in detecting synaptic inputs (involving Ca2+ influx), with high spatial and temporal resolution. Differences were also observed between the SNR values resulting from evoked APs, compared to spontaneous APs. In recordings of groups of cells, GCaMP3 showed clear discrimination between activated and silent cells, and reveals itself as a potential tool in studies of neuronal synchronization. Thus, our results indicate that the presently available calcium indicators allow detailed studies on neuronal communication, ranging from individual dendritic spines to the investigation of events of synchrony in neuronal networks genetically defined. In contrast, studies employing VSFPs represent a promising technology for monitoring neural activity and, although still to be improved, they may become more appropriate than calcium indicators, since neurons work on a time scale faster than events of calcium may foresee

Análise de grafos aplicada a relatos de sonhos: ferramenta diagnóstica objetiva e diferencial para psicose esquizofrênica e bipolar

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Encoding mechanisms based on fast oscillations in the retina of the cat and their dependencies on anesthesia

Processing in the visual system starts in the retina. Its complex network of cells with different properties enables for parallel encoding and transmission of visual information to the lateral geniculate nucleus (LGN) and to the cortex. In the retina, it has been shown that responses are often accompanied by fast synchronous oscillations (30 - 90 Hz) in a stimulus-dependent manner. Studies in the frog, rabbit, cat and monkey, have shown strong oscillatory responses to large stimuli which probably encode global stimulus properties, such as size and continuity (Neuenschwander and Singer, 1996; Ishikane et al., 2005). Moreover, simultaneous recordings from different levels in the visual system have demonstrated that the oscillatory patterning of retinal ganglion cell responses are transmitted to the cortex via the LGN (Castelo-Branco et al., 1998). Overall these results suggest that feedforward synchronous oscillations contribute to visual encoding. In the present study on the LGN of the anesthetized cat, we further investigate the role of retinal oscillations in visual processing by applying complex stimuli, such as natural visual scenes, light spots of varying size and contrast, and flickering checkerboards. This is a necessary step for understanding encoding mechanisms in more naturalistic conditions, as currently most data on retinal oscillations have been limited to simple, flashed and stationary stimuli. Correlation analysis of spiking responses confirmed previous results showing that oscillatory responses in the retina (observed here from the LGN responses) largely depend on the size and stationarity of the stimulus. For natural scenes (gray-level and binary movies) oscillations appeared only for brief moments probably when receptive fields were dominated by large continuous, flat-contrast surfaces. Moreover, oscillatory responses to a circle stimulus could be broken with an annular mask indicating that synchronization arises from relatively local interactions among populations of activated cells in the retina. A surprising finding in this study was that retinal oscillations are highly dependent on halothane anesthesia levels. In the absence of halothane, oscillatory activity vanished independent of the characteristics of the stimuli. The same results were obtained for isoflurane, which has similar pharmacological properties. These new and unexpected findings question whether feedfoward oscillations in the early visual system are simply due to an imbalance between excitation and inhibition in the retinal networks generated by the halogenated anesthetics. Further studies in awake behaving animals are necessary to extend these conclusions