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http://hdl.handle.net/1843/58600| Type: | Dissertação |
| Title: | Análise da seletividade à orientação no potencial de campo local em modelo animal utilizando técnicas estatísticas de processamento de sinais |
| Other Titles: | Analysis of orientation selectivity in the local field potential in an animal model using statistical signal processing techniques |
| Authors: | Lucas Ariel da Rocha Carvalho |
| First Advisor: | Danilo Barbosa Melges |
| First Co-advisor: | Jerome Paul Armand Laurent Baron |
| First Referee: | Antônio Maurício Ferreira Leite Miranda de Sá |
| Second Referee: | Renan Fernandes Kozan |
| Abstract: | A seletividade à orientação (SO) é um fenômeno observado quando se estimula o campo receptivo de uma célula com múltiplas orientações de contorno e se verifica um máximo na taxa de disparos de potenciais de ação (PA) de neurônios individuais (SUA, Single-Unity Activity). A SO é usualmente estudada por meio da curva de sintonia (CS), função que relaciona a taxa de disparos de (PA) com os ângulos de orientação de um estímulo. Outro sinal eletrofisiológico adquirido por microeletrodos extracelulares intracerebrais e que tem se mostrado útil para investigar mecanismos relacionados à SO é o Potencial de campo local (LFP, de Local Field Potential), composto por flutuações de baixa frequência (<250 Hz) oriundas da atividade integrada de uma população de neurônios ao redor do eletrodo. Assim, o presente trabalho visa a avaliar se parâmetros de frequência do LFP preservam informação de SO verificadas na CS quando da apresentação de estímulos visuais. Para tanto, sinais de LFP (fs = 1 kHz) e SUA (fs = 32 kHz) foram coletados de 106 sítios do wulst visual de corujas Tyto Alba em períodos com e sem a presença de estímulos visuais (grades senoidais), cuja orientação variou de 0-360° com passos de 22,5°, com 9 ensaios para cada orientação. Foi calculado um conjunto de estimativas nas bandas delta (0,5-4 Hz), teta (4,5-8 Hz), alfa (8,5-14 Hz), beta (14,5-30 Hz) e gama (30,5-100 Hz) dos sinais de LFP e comparadas a CS de neurônios individuais (SUA). As técnicas empregadas foram: Potência (Pot), Teste F Espectral (TFE), Magnitude Quadrática da Coerência (MSC), Phase Locking Value (PLV) e Spike-triggered Correlation Matrix Synchronization (SCMS). O Spearman Rank Correlation test foi aplicado às curvas CS e de técnicas do LFP para avaliar a correlação entre elas. Além disso, foi verificado se estimadores de seletividade à orientação e direção do LFP e da CS possuíam similaridades ao longo de diferentes sítios. Para tanto, os parâmetros estatísticos unitários, Índice de Orientação (OI), Índice de Direção (DI), Variância Circular de Orientação (VCO) e Variância Circular de Direção (VCD) foram aplicados sobre as técnicas (Pot, TFE, MSC, PLV e SCMS) e a CS, sendo calculados os coeficientes de correlação de Spearman. Os resultados mostraram que as estimativas baseadas na magnitude (Pot e TFE) preservam informações da CS nas bandas beta e gama, enquanto as técnicas que utilizam a informação de fase (PLV e MSC) não reproduzem a CS em nenhuma banda. Adicionalmente, a estimativa do sincronismo entre potenciais de ação e LFP, calculada a partir do SCMS, mantém as características da CS em todas as bandas, exceto delta. |
| Abstract: | Orientation selectivity is a phenomenon observed by stimulating the receptive field of a cell with multiple boundary orientations and verifying the maximum firing rate of individual neuron (SUA, Single-Unity Activity). OS is usually studied by means of the tuning curve, a function of the firing rate and the orientation angles of a stimulus. Another electrophysiological signal acquired by intracerebral extracellular microelectrodes, which showed to be useful for investigating processes related to orientation selectivity, is the Local Field Potential (LFP). The LFP is composed of low frequency fluctuations (<250 Hz) from the integrated activity of a neuron population around the electrode. Thus, the present work aims at evaluating whether LFP frequency parameters preserve orientation selectivity information verified in the tuning curve during visual stimuli presentation. For this purpose, LFP signals (fs = 1 kHz) and SUA (fs = 32 kHz) were collected from 106 sites of the visual wulst of Tyto Alba owls during periods with and without the presence of visual stimuli (sinusoidal gratings) with orientation varying from 0 to 360° in steps of 22.5°, with 9 trials for each orientation. A set of estimates was calculated for the LFP signals within delta (0.5-4 Hz), theta (4.5-8 Hz), alpha (8.5-14 Hz), beta (14.5-30 Hz) and gamma (30.5-100 Hz) bands and compared to tuning curve of individual neurons (SUA). The employed techniques were: Power (Pow), Spectral F Test (SFT), Magnitude-squared Coherence (MSC), Phase Locking Value (PLV), and Spike-triggered Correlation Matrix Synchronization (SCMS). The Spearman Rank Correlation Test was applied to tuning curve and LFP techniques curves to assess the correlation between them. In addition, it was verified whether selectivity estimators of orientation and direction of the LFP and tuning curve have similarities across different sites. For this purpose, unitary statistical parameters, Orientation Index (OI), Direction Index (DI), Circular Variance of Orientation (CVO) and Circular Variance of Direction (CVD) were applied to the LFP techniques (Pow, TFE, MSC, PLV and SCMS) and tuning curve, and calculating the Spearman correlation coefficient. The results showed that magnitude-based estimates (Pow and TFE) preserve tuning curve information in the beta and gamma bands, while techniques that employ phase information (PLV and MSC) do not reproduce tuning curve in any band. Additionally, the estimate of the synchronism between spikes and LFP, calculated from the SCMS, keeps the tuning curve characteristics in all bands. |
| Subject: | Engenharia elétrica Potencial de campo local Processamento de sinais Curvas em engenharia |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/58600 |
| Issue Date: | 23-Dec-2020 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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