Correspondências estatísticas entre avalanches neurais e potenciais de campo local

• Processo: 13/21847-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2013
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2014
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Geral
• Pesquisador responsável: Leonardo Paulo Maia
• Beneficiário: Milena Menezes Carvalho
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Mecânica estatística Redes neurais (computação) Neurociências Metalografia microscópica Avalanches Fenômenos críticos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: avalanches | caracterização de atividade neural | Criticalidade auto-organizada | fenômenos criticos | Neurociência | potencial de campo local | Física Estatística

Resumo

Multieletrodos dispostos ao longo da extensão de tecidos corticais revelam que os padrões de atividade neuronal podem apresentar a forma de leis de potência tanto para a distribuição do tamanho quanto para a da duração dessas avalanches neuronais. A perspectiva teórica dominante na interpretação desses resultados tem sido a da criticalidade auto-organizada e, em particular, a noção de computação à beira do caos. Por outro lado, as funções cognitivas são usualmente investigadas em escalas temporais muito mais longas, como em experimentos de eletroencefalografia e ressonância magnética funcional, em que são observadas oscilaçõoes que caracterizam desde aspectos comportamentais (sono, atividades motoras) até patologias do sistema nervoso. Não se conhece uma conexão direta entre tais oscilações regulares e a fenomenologia das avalanches neuronais, independentemente da noção de criticalidade realmente ter relevância na compreensão da microatividade neural ou não. Porém, recentemente, foram publicados os resultados de um estudo em que há uma associação entre as ocorrências desses dois tipos de fenômenos, embora as relações de causa e efeito ainda não estejam claramente identificadas. Neste projeto, propomos um estudo aprofundado da relação entre oscilações lentas (10 Hz) em uma rede neural com a emergência de comportamento crítico na dinâmica neural microscópica com base em um ajuste fino do balanço excitação/inibição da população neural. Mediante variações do modelo integra-e-dispara, tentaremos identificar os ingredientes mais importantes para a geração simultânea de avalanches neurais com distribuições de lei de potência e oscilações na atividade neural em longas escalas temporais.