Ripples e fast ripples na epileptogênese: caracterização das oscilações de alta frequência após o estado epiléptico
High-frequency oscillations (HFOs) are spontaneous (80-500 Hz), transient and fast (20-100 ms) oscillations observed in cortical structures in mammals. Recorded mainly during slow-wave sleep (SWS) and quiet waking, physiological HFOs (ripples, between 80 and 200 Hz) participate in sensorial percepti...
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| Autor principal: | |
|---|---|
| Outros Autores: | |
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | pt_BR |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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| Assuntos: | |
| Endereço do item: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45256 |
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Repositório Institucional |
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Epilepsia Hipocampo Oscilações de alta frequência Eletrofisiologia |
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Epilepsia Hipocampo Oscilações de alta frequência Eletrofisiologia Rocha, Antonio Jhones Lima da Ripples e fast ripples na epileptogênese: caracterização das oscilações de alta frequência após o estado epiléptico |
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High-frequency oscillations (HFOs) are spontaneous (80-500 Hz), transient and fast (20-100 ms)
oscillations observed in cortical structures in mammals. Recorded mainly during slow-wave sleep (SWS)
and quiet waking, physiological HFOs (ripples, between 80 and 200 Hz) participate in sensorial
perception and memory consolidation. In parallel, pathological HFOs (above 200 Hz) occur in brain
regions involved in the seizure initiation in individuals with epilepsy. In this work, we used
electrophysiological recordings and an animal model of status epilepticus (SE) to study the expression of
HFOs associated with epileptogenesis in mice. Animals were implanted with deep electrodes, bilaterally,
in the hippocampus and retrosplenial cortex. We also implanted a guide-cannula in the right dorsal
hippocampus for local administration of pilocarpine. After the recording of the sleep-wake cycle
(baseline; minimum of 2 days, 5 h/day), animals received a single intrahippocampal dose of pilocarpine
(560 µg/site in 800 nL) for the induction of status epilepticus (SE) during video-electrophysiology
recordings. After SE, animals were recorded in four moments in time: one day after SE (SE+1), two days
after SE (SE+2), between 7-14 days after SE (SE+7) and between 15 and 30 days (SE+30). The
recordings were processed to identify ripples and pathological HFOs in windows of slow wave sleep and
during the two initial hours of the SE, respectively. We identified 1,689 ripples in 6 animals. We observed
that ripple rate of occurrence decreased after SE (F[4,20]=4.34, p=0.01; ANOVA), as well as oscillation
frequency of ripples (F[4,20]=5.39, p=0.003; ANOVA). We did not identify statistical differences regarding
power and duration of ripples after the SE. Interestingly, we observed a significant correlation between
the reduction in frequency of ripples and the severity of the SE (SE+2, R= -0.82, p= 0.05; Spearman), as
well as between the rate of ripples and the severity of the SE (SE+2, R= -0.94, p= 0.01; Spearman). As to
the pathological HFOs, we did not identify a single oscillation above 200 Hz in the baseline period.
Curiously, pathological HFOs were detected in the first seconds of the first seizure of the SE in all
recorded animals (N=6). Similar events were detected on day SE+1 in two animals. Most of the
pathological HFOs occurred coupled with high-amplitude ictal spikes. The pathological HFOs showed
higher oscillation frequency (t(38)=-8.8, p< 0.001), power (t(38)=-15.5, p< 0.001) and duration (t(38)=-4.6,
p< 0.001, testes t de Welch), when compared to ripples. As far as we know, this work is the first study to
extensively describe the evolution of the electrophysiological profile of ripples during epileptogenesis.
Our results show that ripple alterations are partially explained by SE severity. We also show that
pathological HFOs occur in the first seconds after the beginning of SE, suggesting that these oscillations
do not need structural reorganization for its expression. Our hypothesis is that pathological HFOs result
from a sustained depolarization of a neuronal population which recurrent (feedback) inhibition is
functional, contributing with synchronized firing of action potentials in a neuronal population. Taken
together, we observed that ripples and pathological HFOs display distinct dynamics, during and after the
SE, that can help to comprehend the temporal evolution of epilepsy. |
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Queiroz, Claudio Marcos Teixeira de |
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Queiroz, Claudio Marcos Teixeira de Rocha, Antonio Jhones Lima da |
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ri-123456789-452562022-05-02T15:51:57Z Ripples e fast ripples na epileptogênese: caracterização das oscilações de alta frequência após o estado epiléptico Rocha, Antonio Jhones Lima da Queiroz, Claudio Marcos Teixeira de Aguiar, Cleiton Lopes Calganotto, Maria Elisa Epilepsia Hipocampo Oscilações de alta frequência Eletrofisiologia High-frequency oscillations (HFOs) are spontaneous (80-500 Hz), transient and fast (20-100 ms) oscillations observed in cortical structures in mammals. Recorded mainly during slow-wave sleep (SWS) and quiet waking, physiological HFOs (ripples, between 80 and 200 Hz) participate in sensorial perception and memory consolidation. In parallel, pathological HFOs (above 200 Hz) occur in brain regions involved in the seizure initiation in individuals with epilepsy. In this work, we used electrophysiological recordings and an animal model of status epilepticus (SE) to study the expression of HFOs associated with epileptogenesis in mice. Animals were implanted with deep electrodes, bilaterally, in the hippocampus and retrosplenial cortex. We also implanted a guide-cannula in the right dorsal hippocampus for local administration of pilocarpine. After the recording of the sleep-wake cycle (baseline; minimum of 2 days, 5 h/day), animals received a single intrahippocampal dose of pilocarpine (560 µg/site in 800 nL) for the induction of status epilepticus (SE) during video-electrophysiology recordings. After SE, animals were recorded in four moments in time: one day after SE (SE+1), two days after SE (SE+2), between 7-14 days after SE (SE+7) and between 15 and 30 days (SE+30). The recordings were processed to identify ripples and pathological HFOs in windows of slow wave sleep and during the two initial hours of the SE, respectively. We identified 1,689 ripples in 6 animals. We observed that ripple rate of occurrence decreased after SE (F[4,20]=4.34, p=0.01; ANOVA), as well as oscillation frequency of ripples (F[4,20]=5.39, p=0.003; ANOVA). We did not identify statistical differences regarding power and duration of ripples after the SE. Interestingly, we observed a significant correlation between the reduction in frequency of ripples and the severity of the SE (SE+2, R= -0.82, p= 0.05; Spearman), as well as between the rate of ripples and the severity of the SE (SE+2, R= -0.94, p= 0.01; Spearman). As to the pathological HFOs, we did not identify a single oscillation above 200 Hz in the baseline period. Curiously, pathological HFOs were detected in the first seconds of the first seizure of the SE in all recorded animals (N=6). Similar events were detected on day SE+1 in two animals. Most of the pathological HFOs occurred coupled with high-amplitude ictal spikes. The pathological HFOs showed higher oscillation frequency (t(38)=-8.8, p< 0.001), power (t(38)=-15.5, p< 0.001) and duration (t(38)=-4.6, p< 0.001, testes t de Welch), when compared to ripples. As far as we know, this work is the first study to extensively describe the evolution of the electrophysiological profile of ripples during epileptogenesis. Our results show that ripple alterations are partially explained by SE severity. We also show that pathological HFOs occur in the first seconds after the beginning of SE, suggesting that these oscillations do not need structural reorganization for its expression. Our hypothesis is that pathological HFOs result from a sustained depolarization of a neuronal population which recurrent (feedback) inhibition is functional, contributing with synchronized firing of action potentials in a neuronal population. Taken together, we observed that ripples and pathological HFOs display distinct dynamics, during and after the SE, that can help to comprehend the temporal evolution of epilepsy. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Oscilações de alta frequência (HFOs) são oscilações espontâneas (80-500 Hz), transientes e rápidas (20- 100 ms) observadas em estruturas corticais de mamíferos. Registradas principalmente durante o sono de ondas lentas (SWS) e a vigília relaxada, HFOs fisiológicas (ripples, entre 80 e 200 Hz) participam da percepção sensorial e da consolidação de memórias. Paralelamente, HFOs patológicas (acima de 200 Hz) ocorrem em regiões cerebrais envolvidas na gênese de crises em indivíduos com epilepsia. No presente trabalho, nós usamos registros eletrofisiológicos e um modelo animal de status epilepticus (SE) para estudar a expressão de HFOs associadas à epileptogênese em camundongos. Os animais foram implantados com eletrodos profundos, bilaterais, no hipocampo e córtex retrosplenial. Implantamos ainda uma cânula-guia no hipocampo dorsal direito para administração local de pilocarpina. Após o registro eletrofisiológico do ciclo sono-vigília (período basal; mínimo 2 dias, 5 h/dia), os animais receberam uma dose única, intrahipocampal, de pilocarpina (560 µg/sítio em 800 nL) para a indução do SE durante registro vídeo-eletrofisiológico. Após o SE, os animais foram registrados em quatro momentos do tempo: um dia após o SE (SE+1), dois dias após o SE (SE+2), entre 7-14 dias após o SE (SE+7) e entre 15-30 dias após o SE (SE+30). Os registros foram processados para identificar ripples e HFOs patológicas em janelas de sono de ondas lentas e das duas horas iniciais do SE, respectivamente. Nós identificamos 1.689 ripples, detectados em 6 animais. Observamos que a taxa dos ripples diminuiu após o SE (F[4,20]=4.34, p=0.01; ANOVA), assim como a frequência de oscilação dos ripples (F[4,20]=5.39, p=0.003; ANOVA). Não identificamos diferenças estatísticas quanto a potência e a duração dos ripples após o SE. Interessantemente, observamos uma correlação significativa entre a redução da frequência dos ripples e a severidade do SE (SE+2, R=-0.82, p=0.05; Spearman), assim como entre a taxa dos ripples e a severidade do SE (SE+2, R=-0.94, p=0.01; Spearman). Quanto aos eventos patológicos, não identificamos uma única oscilação acima de 200 Hz no período basal. Curiosamente, HFOs patológicas foram detectadas a partir dos primeiros segundos da primeira crise do SE, em todos os animais registrados (N=6). Eventos similares foram detectados no dia SE+1 em dois animais. Na maioria dos casos, as HFOs patológicas ocorreram acopladas com espículas ictais de alta amplitude. As HFOs patológicas apresentaram frequência de oscilação (t(38)=-8.8, p< 0.001;), potência (t(38)=-15.5, p< 0.001) e duração (t(38)=-4.6, p< 0.001, testes t de Welch) maiores quando comparadas com os ripples. Até onde sabemos, este trabalho é o primeiro estudo a descrever extensivamente a evolução do perfil eletrofisiológico dos ripples durante a epileptogênese. Nossos resultados mostram que as alterações vistas nos ripples são parcialmente explicadas pela severidade do SE. Também mostramos que HFOs patológicas ocorrem segundos após o início o SE, sugerindo que essas oscilações não necessitam de reorganização estrutural para sua expressão. Nossa hipótese é que HFOs patológicas resultem da despolarização sustentada de uma população neuronal cuja inibição recorrente (feedback) está funcional, contribuindo com disparos de potenciais de ação sincronizados em uma população neuronal. Em conjunto, observamos que tanto ripples quanto HFOs patológicas apresentam dinâmicas distintas, durante e após o SE, que podem auxiliar na compreensão da evolução temporal da epilepsia. 2021-12-07T22:46:53Z 2021-12-07T22:46:53Z 2021-07-30 masterThesis ROCHA, Antonio Jhones Lima da. Ripples e fast ripples na epileptogênese: caracterização das oscilações de alta frequência após o estado epiléptico. 2021. 62f. Dissertação (Mestrado em Neurociências) - Instituto do Cérebro, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45256 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIAS |