The primary visual cortex as a model of Alzheimer's disease: acute effects of Amyloid-β 1-42 Oligomer on neuronal spiking activity and orientation selectivity
dc.contributor.advisor | Schmidt, Kerstin Erika | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/4902752912395893 | |
dc.contributor.author | Fialho, Taíla Maciel de Alencar | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/9141820799707169 | |
dc.contributor.referees1 | Tort, Adriano Bretanha Lopes | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Rohenkohl, Gustavo | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2025-07-09T19:58:44Z | |
dc.date.available | 2025-07-09T19:58:44Z | |
dc.date.issued | 2025-03-31 | |
dc.description.abstract | Alzheimer’s Disease (AD) is the most prevalent form of dementia, accounting for approximately 70% of the 55 million global cases (WHO). This disease is characterized by a progressive decline in memory and cognitive functions, as well as behavioral changes and visual dysfunctions, such as deficits in perception and visual processing. Neuroimaging studies reveal atrophy in the hippocampus and neocortical regions. According to the amyloid cascade hypothesis, the beta-amyloid 1-42 oligomer (Aβ42) plays a central role in the pathology, promoting the formation of amyloid plaques and neurofibrillary tangles. These pathological changes may begin up to 20 years before the onset of the first clinical symptoms. Transgenic models suggest that an imbalance in the excitation/inhibition ratio causes episodes of neuronal silencing followed by hyperactivity, contributing to sensory disintegration and behavioral deficits. Unlike rodents, which do not naturally develop AD, domestic cats (Felis catus) possess selective circuits and columnar cortical maps homologous to those of primates. When aged, they can develop Cognitive Dysfunction Syndrome, a condition similar to human AD, characterized by amyloid plaques, neurofibrillary tangles, and neurodegeneration in various cortical areas, including the visual cortex. In this study, our primary goal is to introduce the primary visual cortex of domestic cats as a promising translational model for the study of AD. Next, we investigate the impact of acute exposure to Aβ42 oligomers on neuronal activity and functional connectivity in the primary visual cortex of cats. The experimental protocol involves the implantation of 4x4 microelectrode arrays (250 µm spacing) in bilateral homologs of areas 17 or 18 in anesthetized cats (n=5), with visual stimulation using moving gratings (2500 ms) in 16 directions at 2 Hz and 0.5 cycles/degree (area 17) or 0.15 cycles/degree (area 18). We analyze changes in fundamental neuronal computations, such as firing rate and orientation selectivity index. Additionally, we examine how the peptide modifies network dynamics through a short-term plasticity adaptation protocol. This study allows precise spatial and temporal control over the action of the Aβ42 oligomer, avoiding compensatory mechanisms typical of transgenic models, in a cortex homologous to that of humans. The results aim to contribute to the understanding of the early pathophysiological mechanisms of AD. | |
dc.description.resumo | A Doença de Alzheimer (DA), responsável por 70% dos 55 milhões de casos de demência em todo o mundo, deve triplicar até 2050, segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), reforçando a necessidade urgente de biomarcadores precoces para aprimorar o diagnóstico e o tratamento. A DA é caracterizada por declínio cognitivo, alterações comportamentais e deficiências sensoriais, incluindo prejuízos na percepção visual e no processamento de informações. Estudos de neuroimagem evidenciam atrofia progressiva em regiões neocorticais críticas para a cognição e o processamento sensorial. De acordo com a hipótese amiloide, o peptídeo tóxico amiloide-beta (Aβ42) desempenha um papel central na patologia da DA, formando placas amiloides e contribuindo para a tauopatia, ambos marcadores da doença. Além disso, o Aβ42 está associado à disfunção de células não neuronais, como alterações astrocitárias, exacerbando os déficits neuronais. Embora modelos transgênicos de camundongos, como APP23 x PS45, tenham demonstrado que o Aβ42 perturba o equilíbrio excitação/inibição no córtex sensorial, levando ao silenciamento neuronal, hiperatividade e desintegração sensorial, esses modelos são limitados pela progressão não natural da doença e pela organização cortical distinta dos primatas. Em contraste, os gatos domésticos (Felis catus) emergem como um modelo translacional promissor para a pesquisa da DA, devido à sua arquitetura cortical semelhante à dos primatas, circuitos seletivos bem caracterizados e à Síndrome de Disfunção Cognitiva Felina, que compartilha características neuropatológicas com a DA humana, incluindo placas amiloides e tauopatia em áreas neocorticais, como o córtex visual primário (V1). Este estudo propõe o córtex visual primário de gatos como modelo translacional para a DA, investigando os efeitos agudos dos oligômeros de Aβ42 na atividade neuronal e na conectividade funcional no V1 de gatos anestesiados. Utilizando matrizes de microeletrodos 4x4 implantadas bilateralmente, foram registradas as respostas de neurônios seletivos à orientação na área 17 de cinco gatos domésticos, antese50minutos após a microinjeção de Aβ42. A estimulação visual consistiu grades móveis em 16 direções a 2 Hz e 0,5 ciclos/grau. Os resultados revelaram que o Aβ42 perturba rapidamente o processamento cortical sensorial, induzindo três alterações principais na função do V1: (1) redução significativa nas taxas de disparo evocadas; (2) diminuição da seletividade à orientação; e (3) comprometimento das respostas sincronizadas à frequência temporal do movimento do estímulo, resultando em adaptação rápida. Essas alterações surgiramem50minutos,indicando disfunção neuronal direta, em vez de processos degenerativos maislentos.Ao estabelecer o V1 do gato doméstico como um modelo translacional valiosoparaa pesquisa inicial da DA, este estudo destaca suas vantagens sobre os modelos tradicionais de camundongos, incluindo organização columnar sofisticada e arquitetura cortical semelhante à dos primatas. Essas descobertas fornecem insights críticos sobre os efeitos agudos dos oligômeros de Aβ42 no processamento sensorial e abrem novas perspectivas para intervenções terapêuticas durante os estágios iniciais da DA, quando a disfunção dos circuitos ainda pode ser reversível. | |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | |
dc.identifier.citation | FIALHO, Taíla Maciel de Alencar. The primary visual cortex as a model of Alzheimer's disease: acute effects of Amyloid-β 1-42 Oligomer on neuronal spiking activity and orientation selectivity. Orientadora: Dra. Kerstin Erika Schmidt. 2025. 70f. Dissertação (Mestrado em Bioinformática) - Instituto Metrópole Digital, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025. | |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/64199 | |
dc.language.iso | en | |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | |
dc.publisher.country | BR | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOINFORMÁTICA | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Doença de Alzheimer | |
dc.subject | Córtex visual primário | |
dc.subject | Beta-amilóide 1-42 | |
dc.subject | Gatos domésticos | |
dc.subject | Eletrofisiologia in vivo | |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS BIOLOGICAS | |
dc.title | The primary visual cortex as a model of Alzheimer's disease: acute effects of Amyloid-β 1-42 Oligomer on neuronal spiking activity and orientation selectivity | |
dc.type | masterThesis |
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