Avaliação da dinâmica do processo ictal por meio de amostras vetoriais de campo elétrico

dc.creatorJoão Pedro Carvalho Moreira
dc.date.accessioned2026-01-06T14:31:04Z
dc.date.issued2025-08-04
dc.description.abstractEpilepsy is a disease that affects approximately 50 million people, making it one of the most prevalent neurological disorders worldwide. Since the mechanisms responsible for seizure propagation across neural circuits are not yet fully understood, understanding ictal dynamics is essential for diagnosis, treatment, and the development of models for seizure prediction and prevention. In this work, we propose the use of Vector-EEG (Vector-Electroencephalogram), a technique for vectorization of electroencephalographic recordings, to study the dynamics of neural circuit recruitment during ictogenic processes. The first stage of the study analyzed hippocampal electrographic patterns under the influence of electrical stimulation applied to the basolateral amygdala, which enabled the investigation of circuits involved in the ictogenic process in a generalized seizure model. The results indicated that amygdala stimulation evokes a potential in the hippocampus and that the neural network is progressively coupled to the stimuli. We demonstrated that Vector-EEG displays characteristics distinct from conventional EEG, allowing the identification of a competitive state among circuits that precedes the electrographic seizure, followed by the dominance of a single circuit synchronized with the pathway facilitated by stimulation. The second phase of the thesis investigated the diversity and activation dynamics of circuits involved in status epilepticus in a focal epilepsy model, with bilateral recordings in the hippocampi and basolateral amygdalae. Application of Vector-EEG revealed a broader repertoire of circuits than that obtained through conventional EEG analysis. Circuits preferentially active during specific seizure periods, as well as circuits specialized in isolated seizures, were identified, indicating increasing network complexity across successive ictal events. This work also describes the development of a low-cost electrophysiological signal acquisition system, MicroMAP, including methodologies for assembling the analog-to-digital converter and constructing implants targeting multiple brain regions. The system provides a low-cost solution for electrophysiological recordings with great potential for exploring epileptogenic processes in long-term parallel experiments. Finally, we present CircadiPy, a Python library for the analysis of chronobiological time series. It offers a set of tools for extracting rhythmic data, such as locomotor activity, gene expression, and body temperature, which are important for systemic studies of epileptogenic processes
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/1289
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectEngenharia elétrica
dc.subjectEpilepsia do lobo temporal
dc.subjectEletrofisiologia
dc.subjectEletroencefalografia
dc.subjectCircuitos neurais
dc.subject.otherIctogênese
dc.subject.otherVector-EEG
dc.subject.otherEletrofisiologia
dc.subject.otherCircuitos neurais
dc.subject.otherAquisição de sinais
dc.titleAvaliação da dinâmica do processo ictal por meio de amostras vetoriais de campo elétrico
dc.title.alternativeEvaluation of the ictal process dynamics using vector samples of electric field
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor1Márcio Flávio Dutra Moraes
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3132451355090021
local.contributor.referee1Vinícius Rosa Cota
local.contributor.referee1Maria Elisa Calcagnotto
local.contributor.referee1Adriano Tort
local.contributor.referee1Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2877798937915341
local.description.resumoA epilepsia é uma doença que afeta cerca de 50 milhões de pessoas, constituindo um dos distúrbios neurológicos mais prevalentes no mundo. Como os mecanismos responsáveis pela propagação da crise nos circuitos neurais ainda não estão totalmente elucidados, a compreensão da dinâmica ictal é fundamental para o diagnóstico, tratamento e desenvolvimento de modelos de previsão e prevenção das crises epilépticas. Neste trabalho, propôs-se o uso do Vector-EEG (Vector-Electroencephalogram), uma técnica de vetorização de registros eletroencefalográficos, para o estudo da dinâmica do recrutamento de circuitos neurais durante processos ictogênicos. A primeira etapa do estudo analisou padrões eletrográficos hipocampais sob influência de estímulos elétricos aplicados na amígdala basolateral, o que permitiu o estudo dos circuitos participantes do processo ictogênico em um modelo de crise generalizada. Os resultados indicaram que a estimulação da amígdala provoca um potencial evocado no hipocampo e que a rede neural é progressivamente acoplada aos estímulos. Demonstrou-se que o Vector-EEG apresenta características distintas do EEG convencional, permitindo a identificação de um estado de competição entre circuitos que antecede a crise eletrográfica, seguido pela dominância de um único circuito sincronizado à via facilitada pela estimulação. A segunda fase da tese investigou a diversidade e a dinâmica de ativação de circuitos envolvidos no status epilepticus em um modelo de epilepsia focal, com registros realizados bilateralmente nos hipocampos e amígdalas basolaterais. A aplicação do Vector-EEG revelou um repertório de circuitos mais amplo do que aquele obtido pela análise do EEG. Também foram identificados circuitos preferencialmente ativos em períodos específicos da crise, além de circuitos especializados em crises isoladas, indicando o aumento da complexidade da rede envolvida nos sucessivos eventos ictais. Este trabalho também descreve o desenvolvimento de um sistema de aquisição de sinais eletrofisiológicos de baixo custo, o MicroMAP, incluindo metodologias para montagem do conversor analógico-digital e para construção de implantes com múltiplas regiões cerebrais. O sistema constitui uma solução de baixo custo para registros eletrofisiológicos, com grande potencial para explorar processos epileptogênicos em experimentos paralelos de longa duração. Por fim, apresenta-se a biblioteca CircadiPy para análise de séries temporais cronobiológicas. Desenvolvida em Python, ela oferece um conjunto de ferramentas para a extração de dados rítmicos, como atividade locomotora, expressão gênica e temperatura corporal, importantes para o estudo sistêmico dos processos epileptogênicos.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9208-4250
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
local.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICAS::FISIOLOGIA
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA

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