Estudos eletrofisiológicos no hipocampo - desenvolvendo novas técnicas de análise e investigando a codificação neural - Souza, Bryan da Costa (2018)
Eletrofisiologia extracelular é uma das principais ferramentas para o estudo da atividade neural em modelos animais. Além de possuir alta resolução temporal, essa técnica é estável o suficiente para permitir o registro dos animais em livre comportamento. Dentre as áreas estudadas pela eletrofisiologia, as regiões da formação hipocampal receberam destaque notável nas últimas décadas devido a sua relação com memória e navegação espacial, funções cognitivas essenciais na vida humana. Nesse sentido, vários correlatos neurais da codificação do espaço têm sido estudados para entender as bases do processamento neural. Entre eles, destacam-se as células de lugar, que aumentam sua taxa de disparo quando o animal se encontra em determinados locais. Nesta tese, exploramos a eletrofisiologia hipocampal em diversos níveis que abarcam o objetivo final de entender os diferentes mecanismos de codificação usados pelo cérebro através de três trabalhos. No primeiro trabalho abordamos o problema de classificação de disparos, que consiste em distinguir a identidade neuronal das formas de ondas detectadas pelo eletrodo extracelular. Investigamos o uso de misturas gaussianas para extração de características e clusterização das formas de onda. Após avaliar as melhores estratégias usando dados reais e simulados, comparamos a performance do nosso algoritmo com outros dois métodos de classificação de disparos. Nosso algoritmo, que combina as duas principais técnicas de extração de características com um novo método de redução de dimensionalidade, obteve resultados similares ou melhores aos outros dois métodos comparados. No segundo trabalho, analisamos métricas atuais utilizadas para encontrar células cujos disparos possuem informação relativa à navegação espacial, tais quais células de lugar, de velocidade, de direção da cabeça, entre outros. Usando dados simulados e reais, comparamos como a informação estimada por cada métrica se correlaciona com a informação empírica estimada por um classificador bayesiano. Nossos resultados revelaram que as duas principais métricas falham em detectar a informação presente em células com altas taxa de disparo basal, enviesando o universo de correlatos neurais encontrados. Por fim, no terceiro trabalho, exploramos as diferenças entre os dois mecanismos de codificação propostos para as células de lugar: codificação por taxa de disparo e por tempo de disparo. Analisamos a dinâmica de acoplamento das células de lugar às oscilações teta, comparando-a com a dinâmica do aumento da taxa de disparo. Nossos resultados revelaram uma assimetria entre os dois mecanismos, com o acoplamento às oscilações teta precedendo as mudanças mais significativas na taxa de disparo, o que corrobora a hipótese de que ambas codificações são independentes. Além disso, encontramos que as posições futuras do animal são mais extensamente representadas pela codificação temporal do que as posições passadas, indicando um possível papel desse mecanismo no planejamento da trajetória. Em suma, os resultados desta tese contribuem para o entendimento da codificação neural bem como para o desenvolvimento de novas metodologias no campo da eletrofisiologia hipocampal.