Classification of dentate spikes based on their waveforms
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56861 |
Resumo: | Descargas excitatórias síncronas do córtex entorrinal (CE) para o giro denteado (GD) geram padrões rápidos e proeminentes no potencial de campo local (PCL) do hilo, chamados de espículas denteadas (EDs). Assim como o complexo de ondulações rápidas em onda lenta aguda na região CA1, as EDs ocorrem mais provavelmente em estados comportamentais de quietude, quando acredita-se ocorrer a consolidação de memórias. No entanto, seu papel nos processos mnemônicos ainda não foi elucidado. A classificação das EDs em tipos 1 ou 2 é determinada por sua origem no CE lateral ou medial, conforme revelado pela análise de densidade de fonte de corrente (DFC), que requer registros a partir de sondas lineares com múltiplos eletrodos abrangendo as camadas do GD. De modo a permitir a investigação do papel funcional de cada tipo de ED em dados obtidos a partir de registros de eletrodo único e tetrodo, que são abundantes no campo, desenvolvemos um método não supervisionado usando modelos de misturas gaussianas para classificar tais eventos com base em suas formas de onda. Nossa abordagem de classificação alcançou alta acurácia (> 80%) quando validada em 8 camundongos com perfis laminares do GD. As medidas das DFCs médias, dos perfis das formas de onda, das taxas e das larguras dos tipos de ED obtidos por meio de nosso método se assemelharam àquelas derivadas da classificação baseada em DFC. Como uma aplicação, usamos a técnica para analisar PCLs de eletrodos únicos de camundongos inseridos com os genes que expressam a apolipoproteína (apo) E3 e a apoE4. Observamos que este último grupo, que serve de modelo para a doença de Alzheimer, exibiu EDs de ambos os tipos mais amplas desde tenra idade, com um tamanho de efeito maior para as EDs do tipo 2, provavelmente refletindo alterações patofisiológicas precoces na rede CE-GD, como hiperatividade. Além da aplicabilidade do método na expansão do estudo dos tipos de ED, nossos resultados mostram que suas formas de onda carregam informação sobre suas origens, sugerindo diferentes dinâmicas de rede subjacentes e funções no processamento de memórias. |
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Santiago, Rodrigo Marques de Melohttps://orcid.org/0000-0001-8112-5494http://lattes.cnpq.br/1741093993574099https://orcid.org/0000-0002-9877-7816http://lattes.cnpq.br/3181888189086405Belchior, Hindiael Aerafhttps://orcid.org/0000-0002-6898-3985http://lattes.cnpq.br/2815729240392635Aguiar, Cleiton LopesBarbosa, Flavio FreitasMoioli, Renan CiprianoTort, Adriano Bretanha Lopes2023-12-22T19:38:31Z2023-12-22T19:38:31Z2023-09-06SANTIAGO, Rodrigo Marques de Melo. Classification of dentate spikes based on their waveforms. Orientador: Dr. Adriano Bretanha Lopes Tort. 2023. 77f. Tese (Doutorado em Neurociências) - Instituto do Cérebro, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56861Descargas excitatórias síncronas do córtex entorrinal (CE) para o giro denteado (GD) geram padrões rápidos e proeminentes no potencial de campo local (PCL) do hilo, chamados de espículas denteadas (EDs). Assim como o complexo de ondulações rápidas em onda lenta aguda na região CA1, as EDs ocorrem mais provavelmente em estados comportamentais de quietude, quando acredita-se ocorrer a consolidação de memórias. No entanto, seu papel nos processos mnemônicos ainda não foi elucidado. A classificação das EDs em tipos 1 ou 2 é determinada por sua origem no CE lateral ou medial, conforme revelado pela análise de densidade de fonte de corrente (DFC), que requer registros a partir de sondas lineares com múltiplos eletrodos abrangendo as camadas do GD. De modo a permitir a investigação do papel funcional de cada tipo de ED em dados obtidos a partir de registros de eletrodo único e tetrodo, que são abundantes no campo, desenvolvemos um método não supervisionado usando modelos de misturas gaussianas para classificar tais eventos com base em suas formas de onda. Nossa abordagem de classificação alcançou alta acurácia (> 80%) quando validada em 8 camundongos com perfis laminares do GD. As medidas das DFCs médias, dos perfis das formas de onda, das taxas e das larguras dos tipos de ED obtidos por meio de nosso método se assemelharam àquelas derivadas da classificação baseada em DFC. Como uma aplicação, usamos a técnica para analisar PCLs de eletrodos únicos de camundongos inseridos com os genes que expressam a apolipoproteína (apo) E3 e a apoE4. Observamos que este último grupo, que serve de modelo para a doença de Alzheimer, exibiu EDs de ambos os tipos mais amplas desde tenra idade, com um tamanho de efeito maior para as EDs do tipo 2, provavelmente refletindo alterações patofisiológicas precoces na rede CE-GD, como hiperatividade. Além da aplicabilidade do método na expansão do estudo dos tipos de ED, nossos resultados mostram que suas formas de onda carregam informação sobre suas origens, sugerindo diferentes dinâmicas de rede subjacentes e funções no processamento de memórias.Synchronous excitatory discharges from the entorhinal cortex (EC) to the dentate gyrus (DG) generate fast and prominent patterns in the hilar local field potential (LFP), called dentate spikes (DSs). As sharp-wave ripples in CA1, DSs are more likely to occur in quiet behavioral states, when memory consolidation is thought to take place. However, their functions in mnemonic processes are yet to be elucidated. The classification of DSs into types 1 or 2 is determined by their origin in the lateral or medial EC, as revealed by current source density (CSD) analysis, which requires recordings from linear probes with multiple electrodes spanning the DG layers. To allow the investigation of the functional role of each DS type in recordings obtained from single electrodes and tetrodes, which are abundant in the field, we developed an unsupervised method using Gaussian mixture models to classify such events based on their waveforms. Our classification approach achieved high accuracies (> 80%) when validated in 8 mice with DG laminar profiles. The average CSDs, waveforms, rates, and widths of the DS types obtained through our method closely resembled those derived from CSD-based classification. As an example of application, we used the technique to analyze single-electrode LFPs from apolipoprotein (apo) E3 and apoE4 knock-in mice. We observed that the latter group, which serves as a model for Alzheimer’s disease, exhibited wider DSs of both types from a young age, with a larger effect size for DS type 2, likely reflecting early pathophysiological alterations in the EC-DG network, such as hyperactivity. In addition to the applicability of the method in expanding the study of DS types, our results show that their waveforms carry information about their origins, suggesting different underlying network dynamics and roles in memory processing.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIASUFRNBrasilCNPQ::OUTROS::CIENCIASDentate spike - waveformUnsupervised classificationEntorhinal cortexMemory consolidationClassification of dentate spikes based on their waveformsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALClassificationdentatespikes_Santiago_2023.pdfapplication/pdf17978194https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/56861/1/Classificationdentatespikes_Santiago_2023.pdfa7883a5ef9bd5a944d962d5c3a66a9ecMD51123456789/568612023-12-22 16:39:01.166oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/56861Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2023-12-22T19:39:01Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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