masterThesis
Ritmos respiratórios no bulbo olfatório e córtex pré-frontal medial durante o comportamento do tipo ansioso
Registro en:
DIAS, Ana Luiza Alves. Ritmos respiratórios no bulbo olfatório e córtex pré-frontal medial durante o comportamento do tipo ansioso. Orientador: Adriano Bretanha Lopes Tort. 2023. 60f. Dissertação (Mestrado em Neurociências) - Instituto do Cérebro, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
Autor
Dias, Ana Luiza Alves
Resumen
Anxiety is characterized as a state of perception of threats that can lead to danger. It is
considered an evolutionarily adaptive behavior that results in different physiological changes.
The emotional response evoked by anxiety causes activation of brain areas and temporal
coordination of neuromodulation. Over the past 20 years, studies have shown that changes in
the activity of the hippocampus, amygdala, and prefrontal cortex (PFC) would be related to
fear and anxiety responses. The connections between these areas are thought to be coordinated
by the theta oscillations (~ 6 - 12 Hz). However, recent findings have shown that a larger
network could be related to the modulation of anxiety, which would be orchestrated by the
projections from the olfactory bulb (OB) to the PFC. Namely, both the OB and PFC exhibit
neuronal oscillations that synchronize to the phase of the respiratory cycle and are named
respiratory rhythms (RR) because of their co-variability in peak frequency with the breathing
rate. These refer to actual LFP oscillations coupled with breathing and not the mechanical
process of breathing itself. Lower LFP frequencies present themselves as a mechanism for
long-range communication through the synchronization of cortical brain regions during
different behavioral states, which could be the case of RR. In this work, we wanted to
understand how the changes in the respiratory cycle could influence the appearance of these
oscillations and how they could be related to the behavioral state during anxiety. For that, we
recorded respiration through intranasal pressure and LFPs from the medial PFC (anterior
cingulate, prelimbic and medial orbital), OB and parietal cortex of 7 male Wistar rats as they
freely behaved in the elevated plus maze (EPM). We found that the respiratory rate changes
depending on the behavioral state (anxious vs non-anxious) and locomotor activity.
Furthermore, changes in the LFP power spectrum also depend on the behavioral state and
reflect changes in respiratory activity. Finally, we observed RR in the same frequency range as
theta during more anxious states. We hypothesize that the theta rhythm described in previous
anxiety studies may have been confused with RR, and that this rhythm may coordinate longrange communication in the brain, being found both in the frontal brain and in more distant
regions such as the parietal cortex. A ansiedade é caracterizada como um estado de percepção de ameaças que podem levar ao
perigo. É considerada um comportamento evolutivamente adaptativo que resulta em diferentes
alterações fisiológicas. A resposta emocional evocada pela ansiedade causa ativação de áreas
cerebrais e coordenação temporal da neuromodulação. Nos últimos 20 anos, estudos mostraram
que mudanças na atividade do hipocampo, amígdala e córtex pré-frontal (PFC) estariam
relacionadas a respostas de medo e ansiedade. Acredita-se que as conexões entre essas áreas
sejam coordenadas pelas oscilações teta (~ 6 - 12 Hz). No entanto, achados recentes mostraram
que uma rede maior poderia estar relacionada à modulação da ansiedade, que seria orquestrada
pelas projeções do bulbo olfatório (OB) para o PFC. Tanto o OB quanto o PFC exibem
oscilações neuronais que se sincronizam com a fase do ciclo respiratório que são denominados
ritmos respiratórios (RR) devido à sua co-variabilidade na frequência de pico com a frequência
respiratória. Estes referem-se às oscilações do potencial de campo local (LFP) juntamente com
a respiração e não ao processo mecânico de respiração em si. As frequências de LFP mais
baixas apresentam-se como um mecanismo de comunicação de longo alcance através da
sincronização de regiões corticais do cérebro durante diferentes estados comportamentais, o
que poderia ser o caso da RR. Neste trabalho, buscamos entender como as mudanças no ciclo
respiratório poderiam influenciar o aparecimento dessas oscilações e como elas poderiam estar
relacionadas ao estado comportamental durante a ansiedade. Para isso, registramos a respiração
por pressão intranasal junto com o LFP do PFC medial (cingulado, pré-límbico e medial
orbital), OB e córtex parietal de 7 ratos Wistar machos enquanto eles se comportavam
livremente no labirinto em cruz elevado (EPM). Descobrimos que a frequência respiratória
muda dependendo do estado comportamental (ansioso vs não ansioso) e da atividade
locomotora. Além disso, verificamos que mudanças no espectro de potência do LFP também
dependem do estado comportamental e refletem mudanças na atividade respiratória. Por fim,
observamos que RR se encontra durante estados mais ansiosos na mesma faixa de frequência
de teta. Nós hipotetizamos que o teta descrito anteriormente durante estados ansiosos pode ter
sido confundido com RR, e que esse ritmo pode coordenar a comunicação de longo alcance no
cérebro, sendo encontrado tanto no cérebro frontal como em regiões mais distantes como o
córtex parietal.