Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/74331
Tipo: Dissertação
Título: Explorando a corticalização das memórias: marcadores eletrofisiológicos da consolidação da memória na tarefa do Labirinto de Barnes
Título(s) alternativo(s): Exploring the corticalization of memories: electrophysiological markers of memory consolidation in the Barnes Maze task
Autor(es): Ikaro Jesus da Silva Beraldo
Primeiro Orientador: Cleiton Lopes Aguiar
Primeiro membro da banca : Vitor Lopes dos Santos
Segundo membro da banca: Ingrid De Miranda Esteves
Resumo: A comunicação entre o hipocampo e regiões neocorticais associativas é indispensável ao processo de consolidação de memórias declarativas durante o sono. Em especial, sabe-se que a comunicação entre o hipocampo e o córtex pré-frontal medial (mPFC) é extremamente importante para os processos de consolidação de memórias relativas a objetivos espaciais. Em especial, a tarefa do Labirinto de Barnes (BM), com múltiplas sessões de aquisição, permite que a atividade individual destas regiões, bem como a sua atividade conjunta, seja avaliada durante o sono subsequente ao aprendizado ao longo de diversos dias de aprendizado. Contudo, o conhecimento acerca dos marcadores eletrofisiológicos da consolidação de memória dependente da comunicação hipocampo-mPFC durante o sono ainda é limitado. Portanto, este trabalho pretende investigar o papel da comunicação entre hipocampo e o mPFC durante o sono na consolidação da memória referente ao aprendizado no BM e os marcadores eletrofisiológicos que evidenciam este processo. Portanto, para cumprir este objetivo, ratos Wistar machos tiveram eletrodos de registro implantados em CA1 e no mPFC. Posteriormente, estes animais passaram pelo protocolo de aquisição da tarefa do Labirinto de Barnes ao longo de 4 dias e o protocolo de teste no quinto dia. Além disso, o potencial de campo local (LFP) de CA1 e mPFC foi registrado durante o sono subsequente ao aprendizado. O DeepLabCut, software de código aberto para a estimativa de pose de animais por meio de redes neurais profundas, foi utilizado para rastrear partes relevantes do corpo do animal e do labirinto frame-a-frame. Posteriormente, um conjunto de rotinas em Python foi utilizado para extrair os parâmetros comportamentais mais relevantes de cada sessão de aquisição e teste no BM. Além disso, a partir dos registros de LFP, avaliou-se o efeito do aprendizado no BM sobre (1) a arquitetura do sono; (2) atividade oscilatória de CA1 e mPFC; (3) sincronia entre CA1 e o mPFC; (4) interação entre os distintos ritmos hipocampais; (5) ocorrência das SWRs hipocampais, ondas Delta e Spindles do mPFC durante o sono. Ademais, o desempenho dos animais foi correlacionado com a variação dos parâmetros avaliados no sono do primeiro dia de aquisição em comparação com o registro de linha de base. Os animais aprenderam a tarefa e consolidaram de forma eficaz a memória do local de escape do BM, como evidenciado pelo aumento do uso da estratégia direta ao longo dos dias de aquisição e também pelo maior tempo despendido no quadrante alvo do labirinto no dia do teste. Os registros de LFP mostraram que o aprendizado no BM gera mudanças profundas nas redes hipocampais e neocorticais. Foram observadas mudanças pontuais na arquitetura do sono, como aumento no número de bouts do estado acordado no primeiro dia de aquisição e aumento no tempo despendido em sono NREM e REM a partir da segunda hora de registro apenas nos dias de aquisição no BM. Além disso, foram observadas mudanças significativas nas características espectrais do sinal, com o aumento da potência média da banda Delta em CA1 e no mPFC nos dias de aquisição no BM, bem como uma queda gradual ao longo das horas de registro. Não foram observadas alterações na coerência de fase ou coerência espectral entre CA1 e mPFC durante o sono. Porém, o processo de aprendizado produziu alterações nas redes hipocampais e neocorticais, aumentando não só a ocorrência de ondas Delta no mPFC e SWRs hipocampais, mas a ocorrência conjunta destes eventos. Por fim, foi observado um aumento no acoplamento entre a fase das oscilações Delta e a amplitude de oscilações de alta frequência (90-140 Hz) durante o sono NREM nos dias de aquisição no BM. Em especial, foi demonstrado que a atividade de ondas lentas, a duração das SWRs, a ocorrência de ondas Delta, Spindles e ondas Delta acopladas a SWRs podem ser possíveis marcadores eletrofisiológicos da consolidação inicial de memórias relativas ao aprendizado no BM. Portanto, este trabalho corrobora a relevância das SWRs, Spindles e ondas Delta em processos relevantes à consolidação de memórias e também fornece novas evidências sobre as alterações regionais e sobre a comunicação entre as regiões CA1 e o mPFC como consequência ao aprendizado no BM.
Abstract: Communication between the hippocampus and associative neocortical regions is indispensable for the consolidation of declarative memories during sleep. In particular, it is known that communication between the hippocampus and the medial prefrontal cortex (mPFC) is extremely important for the consolidation processes of memories related to spatial goals. Specifically, the Barnes Maze (BM) task, with multiple acquisition sessions, allows the individual activity of these regions as well as their joint activity to be evaluated during sleep following learning over several days. However, knowledge about the electrophysiological markers of hippocampus-mPFC communication-dependent memory consolidation during sleep is still limited. Therefore, this study aims to investigate the role of communication between the hippocampus and mPFC during sleep in the consolidation of memory related to learning in the BM and the electrophysiological markers that evidence this process. To achieve this objective, male Wistar rats had recording electrodes implanted in CA1 and the mPFC. Subsequently, these animals underwent the Barnes Maze task acquisition protocol over 4 days and the test protocol on the fifth day. Additionally, the local field potential (LFP) of CA1 and mPFC was recorded during sleep following learning. DeepLabCut, an open-source software for animal pose estimation using deep neural networks, was used to track relevant parts of the animal's body and the maze frame-by-frame. Subsequently, a set of Python routines was used to extract the most relevant behavioral parameters from each acquisition and test session in the BM. Furthermore, from the LFP records, the effect of learning in the BM on (1) sleep architecture; (2) oscillatory activity of CA1 and mPFC; (3) synchrony between CA1 and mPFC; (4) interaction between different hippocampal rhythms; (5) occurrence of hippocampal sharp-wave ripples (SWRs), delta waves, and mPFC spindles during sleep was evaluated. Additionally, the animals' performance was correlated with the variation of the parameters assessed in the sleep of the first acquisition day compared to baseline recording. The animals learned the task and effectively consolidated the memory of the BM escape location, as evidenced by the increased use of the direct strategy over the acquisition days. Also, by the longer time spent in the maze's target quadrant on the test day. LFP records showed that learning in the BM generates profound changes in hippocampal and neocortical networks. Specific changes in sleep architecture were observed, such as an increase in the number of awake bouts on the first acquisition day and an increase in time spent in NREM and REM sleep from the second hour of recording only on the BM acquisition days. Moreover, significant changes in spectral characteristics of the signal were observed, with an increase in the mean power of the delta band in CA1 and mPFC on the BM acquisition days. There was also a gradual decrease over the recording hours. No changes were observed in phase coherence or spectral coherence between CA1 and mPFC during sleep. However, the learning process produced changes in hippocampal and neocortical networks, increasing not only the occurrence of delta waves in the mPFC and hippocampal SWRs, but also the joint occurrence of these events. Finally, an increase in coupling between the phase of delta oscillations and the amplitude of high-frequency oscillations (90-140 Hz) during NREM sleep on the BM acquisition days was observed. In particular, it was demonstrated that slow wave activity, SWR duration, delta wave occurrence, spindles, and delta waves coupled to SWRs may be possible electrophysiological markers of initial memory consolidation related to learning in the BM. Therefore, this study corroborates the relevance of SWRs, spindles, and delta waves in processes relevant to memory consolidation. It also provides new evidence on regional changes and communication between CA1 and mPFC regions as a consequence of learning in the BM.
Assunto: Fisiologia
Hipocampo
Córtex Pré-Frontal
Aprendizagem em Labirinto
Sono
Consolidação da Memória
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Departamento: ICB - DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA E BIOFÍSICA
Curso: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Fisiologia e Farmacologia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/74331
Data do documento: 29-Mai-2024
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