Caracterização funcional de pares e assembleias de neurônios intra- e inter-hemisféricos no córtex visual primário

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Frota, Beatriz Carvalho
• Orientador(a): Schmidt, Kerstin Erika
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIAS
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Conexões calosas; Córtex visual primário; Atividade neuronal de disparo; Integração perceptiva visual
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::OUTROS::CIENCIAS
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57903

Em primatas e carnívoros, o córtex visual primário contém conexões horizontais seletivas de longo alcance que contribuem para o agrupamento de elementos locais da imagem de acordo com sua orientação, direção do movimento e alinhamento colinear. Esses circuitos seletivos também podem ser decisivos para manter vieses na atividade cortical espontânea que condicionam as respostas neuronais ao facilitar as prováveis conjunções de formas ou trajetórias de movimento antes que tal estímulo chegue. Assim, as interações funcionais em curso devem refletir a topografia seletiva das conexões. Perto da borda do córtex visual primário, essas conexões se estendem através do corpo caloso com a mesma seletividade para orientação, direção do movimento e colinearidade para ligar locais homotópicos nos dois hemisférios e unificar a imagem dividida em duas metades na linha média vertical do campo visual. Devido a essa ação central das conexões calosas visuais, é possível comparar as interações inter-hemisféricas e intra-hemisféricas espontâneas e evocadas pelo mesmo estímulo e investigar se elas representam formas e direções de movimento que cruzam a linha média vertical. Para abordar as assinaturas neuronais dessas interações funcionais, estudamos a atividade dos neurônios que representam estímulos que cruzam a linha média nos dois córtices visuais, registrando simultaneamente de 2 x 16 eletrodos separados espacialmente. Esses eletrodos foram colocados em partes homotópicas do córtex visual, ou seja, a zona de transição entre a área 17 e 18, em gatos (n = 4). Para implantar eletrodos em locais corticais direta ou indiretamente ligados pelo corpo caloso, realizamos imagens de sinal intrínseco para definir com precisão a área da borda. Posteriormente, obtivemos registros eletrofisiológicos extracelulares durante a estimulação visual com gratings e cenas naturais desenhados para estudar a integração. Como uma medida eficiente de interação funcional, usamos coerência espontânea e evocada por estímulo entre pares de taxas de disparo na banda de low-gamma, focando em pares de neurônios com campos receptivos sobrepostos. Para restringir a análise a neurônios com resposta otimizada, aplicamos um teste de sinal e um critério de seletividade de orientação e direção. Observamos coerência significativa da banda low-gamma espontânea e evocada (30-59 Hz) na maioria dos pares inter-hemisféricos (n=131) e intra-hemisféricos (n=132) de unidades únicas com RFs sobrepostos, mas com amplitudes maiores entre as unidades intra-hemisféricas. Dentro do mesmo hemisfério, a coerência decaiu com a distância cortical entre os neurônios da mesma preferência de orientação (ISO) e atingiu o pico novamente em um intervalo de cerca de 800 μm de acordo com o agrupamento de conexões horizontais de longo alcance. A coerência espontânea intra - e inter-hemisférica e a coerência evocada por estímulos foram maiores para pares com seletividade a mesma orientação ou direção de movimento (ISO) do que com a seletividade oposta (CROSS). No geral, a horizontal (± 45 graus) evocou maior coerência do que os gratings verticais (± 45 graus). Surpreendentemente, esse viés foi o mesmo para pares intra - e inter-hemisféricos. Com estimulação de cena natural, a coerência intra-hemisférica foi maior para pares de seletividade de direção oposta (CROSSdir), em contraste dos gratings, mas para pares inter-hemisféricos de seletividade de mesma direção (ISOdir). Também em contraste aos gratings, as coerências foram maiores para direções de movimento cruzando (para esquerda, para direita) a linha média vertical do que para direções paralelas a ela (para cima e para baixo). Durante a estimulação com gratings e cenas naturais, observamos ambos os tipos de assembleias, tanto restritas à população de neurônios intra-hemisféricos quanto inter-hemisféricos. Com gratings, as assembleias intra-hemisféricas foram significativamente mais frequentemente ativadas do que as inter-hemisféricas. No entanto, semelhante ao viés na coerência, a estimulação com gratings horizontais (± 45 graus) produziu taxas de ativação das assembleias inter-hemisféricas significativamente maiores do que com as verticais. Curiosamente, com a estimulação de cena natural, as assembleias intra e inter-hemisféricas não diferem na taxa de ativação nem na seletividade ao estímulo, indicando que, nessas condições, ambas as populações estão funcionalmente interconectadas em um único circuito horizontal que inclui os dois hemisférios. Em conclusão, confirmamos que a atividade espontânea e evocada por estímulos de redes intra - e inter-hemisféricas reflete a seletividade de axônios de longo alcance para ligar neurônios de propriedades de resposta semelhantes em distâncias mais longas. As interações neuronais seletivas podem ser vistas tanto na atividade de coerência na faixa de low-gamma quanto na atividade de populações simultaneamente ativas de neurônios abrangendo um ou ambos os córtices visuais. Os resultados são compatíveis com a interpretação de que essas conexões servem para antecipar e mediar prováveis operações de agrupamento entre neurônios que representam o meridiano vertical, como aquelas causadas por movimentos de cruzamento, frequentemente observados em cenas naturais, ou formas como o caso em gratings. Eles também confirmam que as conexões intra - e inter-hemisféricas dentro da representação do campo visual central no córtex visual primário provavelmente não são circuitos com funções distintas, mas formam uma única rede horizontal que continua até o outro hemisfério através do corpo caloso.