Phenotypic Characterization with Software Development for Analysis of the Visual System in Animal Models of Neurodevelopmental Diseases

A neurofibromatose tipo 1 (NF1) é uma perturbação do desenvolvimento neurológico com implicações cognitivas adultas. Provoca anomalias do sistema nervoso central e afeta 1 em 3000 indivíduos em todo o mundo. Contudo, pouco se sabe sobre os efeitos no sistema visual e como estes podem estar associados a défices cognitivos e preveem a sua progressão. Neste trabalho, avalia-se as potenciais alterações na fisiologia da retina num modelo genético de murgalho de NF1, utilizando uma técnica neurofisiológica não invasiva, o eletroretinograma (ERG), para determinar o seu potencial diagnóstico. Como um indicador fiável da função da retina em resposta à luz, o ERG tem a capacidade de ajudar a nossa interpretação da fisiopatologia das perturbações do neurodesenvolvimento e neurodegenerativas. Os principais objetivos desta tese são a caracterização fenotípica do sistema visual num modelo animal de NF1 e o desenvolvimento de ferramentas informáticas (MATLAB e Phyton) para processamento de sinais, análise de forma de onda, extração de características, e classificação. Verificou-se que os parâmetros ERG relacionados principalmente com a atividade oscilatória inibitória revelam alterações subtis dependentes do sexo. Para vários potenciais oscilatórios, machos e fêmeas exibem alterações opostas associadas ao genótipo mutante. Além disso, as características do ERG foram utilizadas para formar um classificador de aprendizagem de máquina baseado nos aglomerados significativos encontrados para algumas interações entre indivíduos, um classificador que se destina a ser capaz de receber um sinal e devolver o provável diagnóstico.Neurofibromatosis type 1 (NF1) is a neurodevelopmental disorder with adult cognitive implications. It causes central nervous system anomalies and affects 1 in 3000 individuals worldwide. However, little is known about the effects on the visual system circuitry and how these may be associated with cognitive deficits and predicts its progression. In this work, it was evaluated the potential alterations in retinal physiology in a genetic mouse model of NF1, using a non-invasive neurophysiological technique, the electroretinogram (ERG), to ascertain its diagnostic potential. As a reliable indicator of retinal function in response to light, the ERG has the ability to aid our interpretation of the pathophysiology of neurodevelopmental and neurodegenerative disorders. The main objectives of this thesis are the phenotypic characterization of the visual system in an animal model of NF1 and the development of computer tools (MATLAB and Phyton) for signal processing, waveform analysis, feature extraction, and classification. This work found that ERG parameters mainly related to inhibitory oscillatory activity reveal subtle sex-dependent alterations. For various oscillatory potentials males and females exhibit opposite changes associated with the transgenic background. Furthermore, the ERG features were used to form a machine learning classifier based on the significant clusters found for some interactions between individuals, a classifier that is meant to be able to receive a signal and return the likely diagnosis