Modelagem neurocomputacional do circuito tálamo-cortical: implicações para compreensão do transtorno de défi cit de atenção e hiperatividade / A neurocomputational model for the thalamocortical loop: towards a better understanding of attention deficit hyperactivity disorder

CONTEXTO: A desatenção no transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) é principalmente associada à hipoatividade dopaminérgica mesocortical. Contudo, variações dopaminérgicas mesotalâmicas também afetam o controle da atenção e, possivelmente, originam alterações atencionais no TDAH. OBJETIVO: Elaboração de um modelo neurocomputacional a partir do conhecimento do funcionamento bioquímico dos sistemas dopaminérgicos mesocortical e mesotalâmico, a fim de investigar a influência dos níveis de dopamina na via mesotalâmica sobre o circuito tálamo-cortical e suas implicações nos sintomas de desatenção do TDAH. MÉTODO: Através de um conjunto de equações modelamos propriedades fisiológicas de neurônios talâmicos. A seguir, simulamos computacionalmente o comportamento do circuito tálamo-cortical variando os níveis de dopamina nas vias mesotalâmica e mesocortical. RESULTADOS: Em relação à via mesotalâmica, a hipoatividade dopaminérgica dificulta o deslocamento do foco de atenção, e a hiperatividade dopaminérgica acarreta desfocalização atencional. Quando tais situações são acompanhadas de hipoatividade dopaminérgica mesocortical, surge uma incapacidade em perceber estímulos, devido à competição sem vencedores entre regiões talâmicas pouco ativadas. A desatenção no TDAH também se origina em desequilíbrios dopaminérgicos na via mesotalâmica, que levam à focalização excessiva ou à desfocalização da atenção. CONCLUSÃO: O nosso experimento in silico sugere que no TDAH a desatenção relaciona-se com alterações dopaminérgicas, que não se restringem à via mesocortical.

BAKGROUND: Inattention symptoms observed in patients with attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) are mostly related to a hipoactivity in the mesocortical dopaminergic pathway. However, mesothalamic dopaminergic variations also affect the attentional control, and possibly lead to attention alterations in ADHD. PURPOSE: Elaborating a neurocomputational model from biochemical knowledge of mesocortical and mesotalamic dopamine systems, to investigate how different levels of mesothalamic dopamine influence the thalamocortical loop, leading to some attention deficits observed in ADHD. METHOD: First, we model physiological properties of thalamic neurons with a set of mathematical equations. Next, we simulate computationally the modeled thalamocortical loop under different levels of mesothalamic dopamine, and also the mesocortical dopaminergic decrease. RESULTS: Low levels of mesothalamic dopamine hinders the attentional shift and, high levels of such neuromodulator lead to distraction. When such alterations occur together with a decrease in the mesocortical dopamine level, the attention deficit turns into incapacity of perceiving environmental stimuli, due to a no winner competition between low activated thalamic areas. Inattention in ADHD also has its origins in dopaminergic disturbs throughout the mesothalamic pathway, which enhance a high focusing or do not allow the attention focus consolidation. CONCLUSION: In ADHD, the inattention is related to dopaminergic alterations that are not restricted to the mesocortical system.

Searching and analysing neuropsychological patterns in schizophrenia witj artificial neural networks

Objetivo: Este estudo pretende rastrear e analisar perfis cognitivos em pacientes esquizofrênicos para posterior correlaçäo com achados advindos de estudos neurocientíficos bem como com os psicopatológicos. Metodologia: Estudou-se um grupo de 53 pacientes esquizofrênicos segundo o DSM-IV, classificados segundo a intensidade de cada dimensäo psicopatológica, a saber, positiva, negativa e desorganizada, quantificadas no curso do transtorno. Foram criados parâmetros a partir dos índices advindos de avaliaçäo neuropsicológica ampla enfocando os circuitos subcórtico-frontais, córtex e circuitos temporais e a diferença entre os processamentos verbal e visual. Uma rede neural artificial baseada na teoria da ressonância adaptativa (ART) foi usada como ferramentas estatística näo-paramétrica e näo-linear de forma a definir e comparar agrupamentos segundo os achados neuropsicológicos. Resultados: A rede neural artificial foi capaz de identificar um agrupamento estável (grupo I) que mostrou alteraçöes frontais difusas, e predomínio de sintomas negativos e desorganizados. Outro agrupamento encontrado (II) näo se mostrou estável sugerindo uma dimensäo de achados neuropsicológicos. Neste grupo verificou-se também alteraçöes dos circuitos subcórtico-frontais, porém com superioridade do processamento de material visual, sugerindo lateralizaçäo da disfunçäo sobre hemisfério dominante. Em contraste com o agrupamento anterior, neste verificou-se predomínio de sintomas positivos no curso do transtorno. Conclusäo: Considerando-se que os achados neuropsicológicos tendem a ser estáveis no curso da esquizofrenia, ao contrário dos psicopatológicos, estes podem definir clinicamente o curso do transtorno com maior precisäo, além de se mostrarem mais próximos da taxonomia das neurociências