Análise não linear da conectividade funcional dinâmica via quantificação de recorrência e sua aplicação em interfaces cérebro-computador

Resumo

Tanto a análise não linear de séries temporais quanto a análise de grafos tornaram-se poderosos métodos de investigação da atividade cerebral. De fato, ambas as técnicas foram utilizadas com sucesso no diagnóstico de patologias cerebrais relevantes (por exemplo, epilepsia, Parkinson, depressão, Alzheimer, etc) ou mesmo na diferenciação de tarefas mentais corriqueiras (operações lógicas, execução motora, estados de sono, etc). Recentemente, vários estudos mostraram que a dinâmica da conectividade funcional (FC) - usualmente capturada pela evolução temporal das similaridades entre as regiões cerebrais - define um importante marcador de tarefas cognitivas ou mesmo de estados patológicos, o que tem apontado para a necessidade de mesclar as técnica de análises baseadas na FC e a teoria de sistemas dinâmicos não lineares. Tendo isso em vista, este projeto de pesquisa tem como objetivo investigar a dinâmica subjacente à conectividade funcional a partir da perspectiva da análise de quantificação de recorrência (RQA), um importante paradigma da análise não linear de séries temporais. Em particular, a RQA se destaca pela caracterização do reaparecimento de estados, proporcionando acesso a medidas invariantes (dimensão de correlação, entropia de Kolmogorov-Sinai), medidas teóricas de informação (entropia generalizada Rényi, informação mútua, etc.), bem como por apresentar sensibilidade na detecção de transições de fase e relações não lineares entre sistemas (osciladores não lineares) acoplados. Do ponto de vista prático, este projeto tem como objetivo utilizar a RQA na caracterização da dinâmica da FC com o intuito de fornecer um novo marcador para a intenção de movimento subjacente ao processo de imagética/execução motora, o que pode contribuir para a concepção de interfaces cérebro-computador mais robustas. Este projeto, que se desenvolve no contexto do Instituto Brasileiro de Neurociência e Neurotecnologia (CEPID BRAINN) apoiado pela FAPESP e também visa estabelecer uma cooperação de longo prazo entre o proponente e a instituição no exterior, permitindo o intercâmbio de alunos, pesquisadores e conhecimento em um dos pilares estratégicos.