Memória e Aprendizagem

The ability to learn allows to predict future events based on past regularities, which leads to adaptive gains. This review presents a historical perspective of study of learning and memory, including studies that contributed to the distinction of memory types and description of its operating mechanisms.A capacidade de aprender permite com que seja possível prever eventos futuros baseado nas regularidades passadas memorizadas, trazendo significativa vantagem adaptativa. Nessa revisão será apresentado um histórico do estudo da aprendizagem e memória, discutindo trabalhos que contribuíram para a distinção dos diferentes tipos de memória e seus mecanismos de funcionamento

Modelos computacionais aplicados à neurociência cognitiva

A ciência trabalha com modelos o tempo todo, assim como a neurociência cognitiva, que usa modelos para o estudo de funções mentais como a memória e a atenção. No entanto, a criação de modelos para cada uma das funções mentais é apenas uma das estratégias de estudo. A modelagem computacional é uma estratégia de construção de modelos centrada nos processos envolvidos nessas funções mentais; esses modelos são então estruturados através do desenvolvimento de algoritmos capazes de executar tais processos. A teoria de detecção de sinais pode ser usada na geração desses modelos, que podem ser aplicados no estudo da memória e atenção de modo a gerar os comportamentos envolvidos, sem a necessidade das separações presentes nos modelos tradicionais. Assim, a visão defendida aqui é a de que há grande similaridade entre essas funções cognitivas, de modo que seria vantajoso compreender tais fenômenos através da adoção de um mesmo modelo geral que fizesse a tradução dos processos neurofisiológicos para o comportamento.Science deals with models all the time, as well as cognitive neuroscience, which uses models for studying mental functions as memory and attention. However, creating models of each mental function is just one of the strategies of study. Computational modeling is a strategy of building models of the processes involved in such mental functions; these models are then structured by developing algorithms capable of performing such procedures. The signal detection theory can be used in the generation of computational models that can be applied in the study of memory and attention in order to generate the behaviors involved, without the need for the separations present on traditional models. Thus, the view advocated here is that there is great similarity between these cognitive functions, so that would be advantageous to understanding these phenomena adopt the same general model that makes the translation of the neurophysiological processes for behavior

Automatized identification of absence-like seizures in electrocorticogram of rats

Crises tipo epilepsia de ausência são expressas no eletrocorticograma de ratos como surtos paroxísticos de descargas espícula-onda. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e testar um sistema automatizado de identificação de crises. O princípio do sistema é distinguir sinais de crise dos demais sinais pela análise da potência na faixa de frequência entre 7 e 11 Hz, que é alta apenas durante as crises. A rotina, elaborada no Matlab®, é informada com um intervalo de registro em que não ocorreram crises (crivo), a fim de estabelecer o critério de identificação. O sistema compara, por meio da transformada rápida de Fourier, o crivo com o registro inteiro. A saída do programa é uma tabela informando a presença de crises nesses intervalos. Quatro ratos Wistar geneticamente portadores de crises tipo ausência e implantados com eletrodos corticais tiveram eletrocorticograma por 80 minutos. As crises foram quantificadas manualmente minuto a minuto. O registro e a quantificação das crises de um animal foram usados no refinamento do sistema. Os valores da quantificação automatizada foram bastante similares aos da quantificação manual para o animal usado na elaboração do sistema. Os registros dos demais animais foram usados para testar o sistema e apresentaram padrão similar. O sistema é capaz de quantificar com grande fidelidade as descargas eletrocorticográficas espícula-onda, mostrando-se como potente instrumento na análise de registros em estudos com modelos animais dessa patologia. Adicionalmente, pequenas adaptações permitem identificar outros padrões encontrados em registros eletroencefalográficos (sono, vigília, manifestações patológicas). A rotina está disponível para download em www.ib.usp.br/~rpavao.Absence-like seizures are presented in rat electrocorticogram as paroxistics spike-wave discharges. The aim of this study was to develop and test an automatized system for seizures identification. System fundament is to distinguish seizure signals from others by power analysis in frequency range between 7 and 11 Hz, which is high only during seizures. Routine, elaborated at Matlab®, is inputted with an interval without seizures (sample) in order to set up the criterion of identification. The system compares, through the Fourier fast transformed, the sample with the entire recording. Program output is a table that reports the presence of seizures in such intervals. Four Wistar rats genetically prone to show absence-like seizures with implanted cortical electrodes were submitted to 80 minutes of electrocorticogram. Seizures were counted manually minute by minute. Recording and seizure quantification of one animal were used to refine the system. Automatized quantification was very similar to manual quantification for the animal used as sample. Recordings of the other animals, used to test the system, shows similar pattern. The system is able to quantify with high fidelity the spike-wave discharges, so that it is a powerful instrument to analyze electroencephalogram in studies with animal models of this pathology. Additionally, minor changes allow identifying other patterns found in electrophysiological recordings (sleep, wakefulness, pathological manifestations etc). The routine is available for download at www.ib.usp.br/~rpavao

Multifactoriality in Psychiatric Disorders: A Computational Study of Schizophrenia

The search for biological causes of mental disorders has up to now met with limited success, leading to growing dissatisfaction with diagnostic classifications. However, it is questionable whether most clinical syndromes should be expected to correspond to specific microscale brain alterations, as multiple low-level causes could lead to similar symptoms in different individuals. In order to evaluate the potential multifactoriality of alterations related to psychiatric illness, we performed a parametric exploration of published computational models of schizophrenia. By varying multiple parameters simultaneously, such as receptor conductances, connectivity patterns, and background excitation, we generated 5625 different versions of an attractor-based network model of schizophrenia symptoms. Among networks presenting activity within valid ranges, 154 parameter combinations out of 3002 (5.1%) presented a phenotype reminiscent of schizophrenia symptoms as defined in the original publication. We repeated this analysis in a model of schizophrenia-related deficits in spatial working memory, building 3125 different networks, and found that 41 (4.9%) out of 834 networks with valid activity presented schizophrenia-like alterations. In isolation, none of the parameters in either model showed adequate sensitivity or specificity to identify schizophrenia-like networks. Thus, in computational models of schizophrenia, even simple network phenotypes related to the disorder can be produced by a myriad of causes at the molecular and circuit levels. This suggests that unified explanations for either the full syndrome or its behavioral and network endophenotypes are unlikely to be expected at the genetic and molecular levels

On information metrics for spatial coding

The hippocampal formation is involved in navigation, and its neuronal activity exhibits a variety of spatial correlates (e.g., place cells, grid cells). The quantification of the information encoded by spikes has been standard procedure to identify which cells have spatial correlates. For place cells, most of the established metrics derive from Shannon's mutual information (Shannon, 1948), and convey information rate in bits/s or bits/spike (Skaggs et al., 1993, 1996). Despite their widespread use, the performance of these metrics in relation to the original mutual information metric has never been investigated. In this work, using simulated and real data, we find that the current information metrics correlate less with the accuracy of spatial decoding than the original mutual information metric. We also find that the top informative cells may differ among metrics, and show a surrogate-based normalization that yields comparable spatial information estimates. Since different information metrics may identify different neuronal populations, we discuss current and alternative definitions of spatially informative cells, which affect the metric choice

Interaction of morphology, thermal physiology and\ud burrowing performance during the evolution of\ud fossoriality in Gymnophthalmini lizards

The evolution of fossoriality in Squamata often leads to a phenotypic syndrome involving snake-like body form, relatively low preferred temperature (TP) and low critical maximum temperatures (CTmax). However, how traits interacted among them and with the environment during the evolution of such syndrome remains poorly understood. We studied this process in ten species of gymnophthalmid lizards from the Brazilian Caatinga representing one full transition from typical lacertoid species to fossorial snake-like (FSL) ones. We tested whether different morphotypes exhibited different burrowing performances in response to heat, and also different TP and CTmax. Then, we estimated how changes in burrowing performance would relate to thermoregulation costs in terms of the number of daily hours for which preferred temperatures are available and of risk of overheating. Fossorial snake-like species burrowed deeper, exhibited lower TP but kept very high CTmax, comparable to lacertoid species. A better burrowing performance and lower TP allowed increasing the daily amount of time during which TP was accessible within the soil of the study region. In addition, temperatures above CTmax of the studied species were present down to 5 cm deep, suggesting that just burrowing does not protect against exposure to extreme temperatures in species that are surface-active during the day (all lacertoids and some FSL). Nonetheless, FSL species active at cool hours of the day exhibited lower CTmax than diurnal and syntopic, lacertoid and FSL species. Based on our data and previous literature, we propose a sequential explanation for the acquisition of the fossorial syndrome in Squamata.This work and all its authors were supported by FAPESP (2008/06143-0), CNPQ and CAPES during the study. We thank IBAMA for collection permits. We also thank B. Goodman, R. Brandt, R. Huey, F. Ribeiro and T. Kholsdorf for kindly reviewing drafts of this manuscript. C. Caselli, B. Vilela, R. Recoder & M. Sena, C. Nascimento and A. Yamanouchi also helped during fieldwork and in caring for the lizards

Catheter Related Bloodstream Infection (CR-BSI) in ICU Patients: Making the Decision to Remove or Not to Remove the Central Venous Catheter

Background Approximately 150 million central venous catheters (CVC) are used each year in the United States. Catheter-related bloodstream infections (CR-BSI) are one of the most important complications of the central venous catheters (CVCs). Our objective was to compare the in-hospital mortality when the catheter is removed or not removed in patients with CR-BSI. Methods We reviewed all episodes of CR-BSI that occurred in our intensive care unit (ICU) from January 2000 to December 2008. The standard method was defined as a patient with a CVC and at least one positive blood culture obtained from a peripheral vein and a positive semi quantitative (\u3e15 CFU) culture of a catheter segment from where the same organism was isolated. The conservative method was defined as a patient with a CVC and at least one positive blood culture obtained from a peripheral vein and one of the following: (1) differential time period of CVC culture versus peripheral culture positivity of more than 2 hours, or (2) simultaneous quantitative blood culture with 5:1 ratio (CVC versus peripheral). Results 53 CR-BSI (37 diagnosed by the standard method and 16 by the conservative method) were diagnosed during the study period. There was a no statistically significant difference in the in-hospital mortality for the standard versus the conservative method (57% vs. 75%, p = 0.208) in ICU patients. Conclusion In our study there was a no statistically significant difference between the standard and conservative methods in-hospital mortality

Produção de álcool glicerinado como ferramenta no combate a COVID-19, uma ação de extensão da Unila.

Diante da situação de pandemia de Covid-19, decretada em março de 2020, a comunidade acadêmica da UNILA iniciou diferentes ações de enfrentamento, dentre as quais se destaca aqui a produção de álcool glicerinado 80% com o objetivo de atender a demanda de órgãos públicos de saúde e escolas da região. Utilizando protocolo disponibilizado pela OMS, foram produzidos 6530 litros de álcool glicerinado 80%, dos quais 5613,95 L já haviam sido doados para os órgãos de saúde até o encerramento das atividades. Vale ressaltar que, antes do início das atividades, a   produção nas dependências da Universidade foi autorizada pela Vigilância Sanitária do município. A ação contou com o apoio financeiro e logístico de diferentes setores da Universidade e da comunidade externa. A equipe do projeto foi formada por professores, servidores técnicos e discentes de graduação e pós-graduação de diferentes cursos da Universidade. Superando objetivo inicial, as atividades desenvolvidas propiciaram aos integrantes da ação uma vivência além da oferecida em sala de aula, aliada a um engajamento e comprometimento social e profissional

Implicit memory and Parkinson\'s disease

A dupla dissociação entre os tipos de prejuízo de memória de longa duração em pacientes amnésicos e parkinsonianos reforça a noção de independência entre os sistemas de memória explícita e implícita. No entanto, apesar de ser amplamente aceito que pacientes com Doença de Parkinson (DP) apresentam prejuízo específico de funções de memória implícita, pelo menos nos estágios iniciais da doença, o grau de comprometimento desse sistema não é utilizado como critério de classificação. A avaliação da progressão da DP e de possíveis tratamentos é feita através de métodos como as escalas de Hoehn e Yahr (HY) e Unified Parkinsons Disease Rating Scale (UPDRS), que apresentam uma série de fragilidades. Essa falta de instrumentos adequados para a avaliação da DP, gera dificuldades de verificar a eficácia de tratamentos para a doença, como, por exemplo, o tratamento proposto por Coimbra e Junqueira (2003), que consiste na administração de riboflavina e eliminação da carne vermelha da dieta. Assim, os objetivos do presente trabalho são (1) desenvolver uma estratégia de avaliação da progressão da DP e (2) avaliar se o tratamento por riboflavina concomitante à dieta sem carne vermelha de fato determina regressão da doença. O primeiro experimento deste estudo enfocou a primeira questão por meio de treinamento de pacientes com DP na tarefa de tempo de reação serial de oposição de dedos, uma tarefa que requer memória implícita, e outros teste neuropsicológicos, como tarefa de tempo de reação serial de oposição de dedos, tempo de reação simples, vai-não-vai" e 1- atrás". Foram observadas incongruências entre o desempenho e a classificação pela escala de Hoehn e Yahr; por outro lado, o índice desenvolvido no trabalho não apresentou incongruências e pareceu ser um bom indicador para classificação da DP. O índice é construído com base em medidas do tempo de reação e taxa de aprendizagem, que parecem apresentar o refinamento necessário para avaliar a progressão da doença e também mudanças em razão de tratamentos. O tratamento por riboflavina e eliminação da carne vermelha da dieta, que reduziria os sintomas motores da DP, foi avaliado utilizando as medidas de desempenho motor e aquisição de habilidade motora; os resultados são apresentados no segundo trabalho. Este estudo não foi suficiente para permitir uma conclusão definitiva sobre a eficácia ou ineficácia do tratamento. No entanto, resultados intrigantes foram obtidos sugerindo a necessidade de uma avaliação mais completa sobre a contribuição desse tratamento para aliviar os prejuízos associados à doença de Parkinson.The double dissociation between the long-term memory losses in Parkinsons disease (PD) and amnesic patients strengthens the implicit and explicit memory dissociation. However, although it is widely accepted that patients with PD have specific impairment of implicit memory functions, at least in the initial stages of the disease, the degree of this impairment is not used as criterion of classification. The progression of the PD and possible treatments are evaluated through methods as Hoehn and Yahr Staging of Parkinsons disease (HY) and Unified Parkinson\'s Disease Rating Scale (UPDRS), that present a series of fragilities. This lack of evaluation instruments adjusted to PD generates difficulties to verify the effectiveness of treatments, for example, the one proposed by Coimbra and Junqueira (2003), which consists in administration of high doses of riboflavin and a red-meat-free diet. Thus, the objectives of the present work are (1) to develop an evaluation strategy of PD progression and (2) to evaluate if riboflavin associated with red-meat-free diet determines regression of the disease. The first experiment of this study focused on the first question by training PD patients in a serial reaction time of fingers-to-thumb task, which requires implicit memory, and other nuropsychological test, as simple reaction time, go-no-go" and 1-back". Incongruences between performance and HY classification were observed; on the other hand, the index developed in the work did not present incongruences and seemed to be a good indicator for classification of the PD. The index is based in reaction time measures and learning rate, that seem to present the necessary refinement to evaluate the progression of the disease and changes related to treatments. The treatment of riboflavin associated with red-meat-free diet, which may reduce the motor symptoms of the PD, was evaluated using the measures of motor performance and acquisition of motor skill; the results are presented in the second experiment. This study did not concluded emphatically the effectiveness of the treatment. However, intriguing results suggest the necessity of a more complete evaluation of the treatments contribution to reduce impairments associated to Parkinsons disease

Information entropy and sequence learning

Experiências armazenadas acerca de regularidades passadas permitem a previsão do ambiente e, consequentemente, a possibilidade de ações antecipadas. Esta capacidade cognitiva é expressa em modelos de aprendizagem de sequências, que são capazes de acessar a previsibilidade das sequências de eventos e gerar descrições do desempenho em protocolos experimentais como a tarefa de tempo de reação serial. Nos experimentos 1, 2 e 3 deste trabalho, a abordagem informacional foi aplicada à descrição do desempenho na tarefa de tempo de reação serial. A relação entre medidas de entropia e desempenho na tarefa de tempo de reação serial envolvendo diferentes tipos de sequência foi investigada nos Experimentos 1a e 1b. As medidas de entropia foram feitas pelo processamento das frequências de eventos das sequências (i.e., pares, trios, quadras etc). Os resultados revelaram que a entropia informacional das sequências é um bom descritor do desempenho: (1) sequências de baixa entropia são realizadas mais rapidamente e são mais frequentemente reconhecidas ao final da sessão do que as de alta entropia; (2) uma curva sigmóide relaciona valores de entropia aos de tempo de reação: parâmetros \"min\" (tempo de reação com a previsão total), \"max\" (tempo de reação sem previsão) e \"x50\" (valor de entropia relacionada ao limiar de previsão); (3) o treinamento torna previsíveis sequências de alta entropia (o \"x50\" aumenta com o treinamento); e (4) com o treinamento, mais elementos prévios da sequência passam a ser utilizados para a previsão do próximo elemento. A relação entre desempenho e expectativas probabilísticas geradas durante o treinamento foi investigada no Experimento 2. Esse experimento envolveu múltiplas combinações de sequências de treino e teste, aplicadas a voluntários em sessões únicas. A diferença entre as previsibilidades das sequências de teste e treino foi quantificada pela distância de Kullback-Leibler: pequenas distâncias indicam que o treino proporciona boa previsão sobre o teste. Desconsiderando os efeitos de entropia (descrito no Experimento 1), a distância de Kullback-Leibler entre as sequências de teste e treino está relacionada ao desempenho: (1) distâncias pequenas levam à manutenção das expectativas (prévias) e tempos de reação curtos; (2) distâncias grandes levam à negligência das previsões e tempos de reação intermediários; e (3) distâncias intermediárias estão relacionadas a um conflito entre as estratégias de manutenção e negligência das expectativas, e geram tempos de reação elevados. Portanto, a flexibilidade das previsões ocorre em distâncias pequenas; uma estratégia alternativa, de negligência das previsões, é adotada em distâncias grandes. A estratégia desenvolvida nos Experimentos 1a e 1b foi útil para avaliar, no Experimento 3, a equivalência funcional entre treinamento imaginativo e real na aprendizagem de sequências. Este experimento envolveu voluntários testados na tarefa de tempo de reação serial ao longo de várias sessões de treinamento imaginativo e real. Os desempenhos durante o treinamento imaginativo e real foram descritos e comparados; o experimento mostrou também que a previsibilidade da sequência acessada por meio do treinamento imaginativo pode ser expressa posteriormente no desempenho real da tarefa. No entanto, o limite de previsibilidade das sequências acessado pelo treinamento imaginativo é inferior ao limite acessado por treinamento real, descrita pelo menor \"x50\" do (1) treinamento imaginativo em relação ao treinamento real e (2) desempenho real após o treinamento imaginativo em relação ao desempenho real após o treinamento real. Em conclusão, é possível afirmar que o modelo de entropia informacional é capaz de descrever a variabilidade do desempenho na tarefa de tempo de reação serial. Estes achados apóiam a existência de um princípio geral de acesso à previsibilidade para explicação da aprendizagem e memória.Stored experiences of past regularities allow the prediction of the environment and, consequently, the possibility of anticipatory actions. This cognitive capacity is expressed in models of sequence learning, which are able to access the predictability of sequences of events and to generate descriptions of performance on experimental protocols as serial reaction time task. In Experiments 1, 2 and 3 of this work the informational framework was applied to the description of performance in serial reaction time task. The relationship between entropy measures and performance on serial reaction time task involving multiple sequence types was investigated on Experiments 1a and 1b. The entropy measures were done by processing the frequencies of events of the sequences (i.e. pairs, triads, quads etc). The results revealed that information entropy of the sequences is an impressively good descriptor of performance: (1) low entropy sequences were performed more rapidly and were more frequently recognized in the end of the session than the high entropy ones; (2) a sigmoid curve relates entropy to reaction time: parameters \"min\" (reaction time with total prediction), \"max\" (reaction time with no prediction) and \"x50\" (entropy value related to threshold of prediction); (3) training makes high entropy sequences predictable (the \"x50\" increases with training); and (4) with training, more previous elements of sequence are used for prediction of the next one. The relationship between performance and probabilistic expectancies generated during training was investigated on Experiment 2. This experiment involved multiple arrangements of training and testing sequences, applied to volunteers on single sessions. The difference between the predictabilities of testing and training sequences was quantified by the Kullback-Leibler divergence: small divergence indicates that training provides good prediction on testing. Disregarding the entropy effects (described on Experiment 1), Kullback-Leibler divergence between training and testing sequences is related to performance: (1) short divergences lead to (previous) predictions maintenance and low reaction times; (2) large divergences lead to predictions negligence and intermediate reaction times; and (3) intermediate divergences are related to conflict between the strategies of maintenance and negligence of predictions, and generate high reaction times. Therefore, the flexibility of predictions occurs on short divergences; an alternative strategy, of predictions negligence, is adopted on large divergences. The strategy developed on Experiments 1a and 1b was useful to evaluate, on Experiment 3, the functional equivalence between imagery and actual training on sequence learning. This experiment involved volunteers tested on serial reaction time task along multiple imagery and actual training sessions. Performances on both imagery and actual training were described and compared; the experiment also showed that the sequence predictability accessed on imagery training can be expressed on posterior actual performance. However, the limit of sequence predictability accessed by imagery training is lower than the limit accessed by actual training, described by the lower \"x50\" of (1) imagery training compared to actual training and (2) actual performance after imagery training compared to actual performance after actual training. In conclusion, it is possible to state that the entropy model is able to describe the variability of performance on serial reaction time task. These findings support the existence of a general principle of accessing the predictability to explain learning and memory