Visual cortical plasticity in neurofibromatosis type 1

Abstract

Os transtornos do espetro do autismo (ASD) são um conjunto de perturbações do neurodesenvolvimento caracterizadas por défices na comunicação social, interesses restritos e comportamentos repetitivos. Os processos de plasticidade sináptica são cruciais para a aprendizagem baseada na experiência e, nestas perturbações, a plasticidade sináptica está desregulada. O córtex visual primário (V1) é uma região atrativa pois desenvolve plasticidade baseada na experiência para um estímulo visual com uma orientação particular. Este tipo de plasticidade é chamada de potenciação de resposta seletiva a um estímulo (SRP).Esta tese de mestrado pretende dar um particular enfoque ao desenvolvimento de SRP em V1num modelo animal transgénico de neurofibromatose tipo 1 que apresenta as principais características de ASD. Para isso, utilizámos murganhos Nf1+/- e WT da mesma ninhada. No nosso protocolo, os animais foram habituados com estímulos de inversão de fase com uma orientação particular e ao dia 7 uma orientação nova e familiar foi dada para avaliar a preferência para o estímulo novo. Com outro grupo de animais, fez-se a habituação durante seis dias e no dia 7 fez-se registos eletrofisiológicos em V1 usando uma sonda de elétrodos de silicone com 16 canais. Finalmente, fez-se um paradigma de interação social onde se utilizou os cérebros para fazer imunohistoquímica para c-Fos para avaliar quais as regiões mais ativadas. No futuro, estas regiões serão analisadas através de eletrofisiologia em V1 e estimulação visual. Os nossos resultados demonstraram que a nível comportamental os murganhos apresentam um interesse superior para a novidade, não havendo diferenças entre Nf1+/- e WT. Contudo, os registos in vivo de eletrofisiologia em V1 não apresentaram diferenças significativas para a latência e magnitude dos potenciais visuais evocados. Estes resultados sugerem que embora o desenvolvimento de SRP seja aparente a nível comportamental sem diferenças entre genótipos, o nosso paradigma de registo de potenciais evocados em V1 em murganhos anestesiados poderá não ser o ideal para captar os possíveis substratos neuronais deste fenómeno plástico. Além disso, outras regiões que se interconectam com V1 poderão manifestar SRP e estar desreguladas na sua plasticidade. Desta forma, no futuro, seria interessante obter registos em outras regiões que podem estar desreguladas na plasticidade dependente da experiência.

Autism spectrum disorders (ASD) are a group of neurodevelopmental disorders characterized by deficits in social communication, restrictive interests and repetitive behaviors. Synaptic plasticity processes are vital for learning from experience and it is known that in these disorders,synaptic plasticity is disrupted. The primary visual cortex (V1) is an attractive cortical area since it develops experience-dependent plasticity for visual stimuli with a particular orientation. That type of plasticity is stimulus-selective response potentiation (SRP).This Master’s thesis aims to give a particular focus to SRP development in V1 in a transgenic animal model of neurofibromatosis type 1 (NF1) that resembles the main features of ASD. For that, we used Nf1+/- mice and WT littermates. In our protocol, animals were habituated with phase-reversing stimuli with a particular orientation for six days and, on day 7, exposed to noveland familiar orientations to evaluate the preference for novelty. With another group of animals,we habituated the animals for 6 days to a particular stimulus, and on day 7 we performed in vivo electrophysiology experiments in V1 using a 16-channel silicon electrode probe. Finally, we performed a social interaction paradigm where we used the animals for c-Fosimmunohistochemistry, trying to unveil the most activated brain regions. In future experiments,these later regions will be analyzed with electrophysiology in V1 upon visual stimulation.Our results showed that at behavioral level, mice did present an increased interest for novelty with no differences between Nf1+/- mice and WT littermates. However, in vivo electrophysiology did not present significant differences either for visual-evoked potentials (VEP) magnitude or for latency.Together these results suggest that although the SRP expression was evident at behavioral level without an effect of genotype, our protocol of evoked potentials recorded in V1 in anaesthetized mice may not be ideal to capture SRP neuronal substrates. Moreover, other regions coupled toV1 might be involved in SRP and disrupted in their plasticity. As a result, in the future, we should obtain more other areas that might be disrupted in this type of experience-dependent plasticity.