Estudo de modelagem de criticalidade em redes neurais

• Processo: 14/17850-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2014
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2015
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Geral
• Pesquisador responsável: Jose Antonio Brum
• Beneficiário: Elohim Fonseca dos Reis
• Supervisor: Thierry Mora
• Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: École Normale Supérieure, Paris (ENS), França
• Vinculado à bolsa: 13/25361-6 - Criticalidade em redes neurais, BP.MS
• Assunto(s): Redes complexas Sistemas complexos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: criticalidade | fisica estatistica | Redes Complexas | Redes neurais reais | Sistemas Complexos

Resumo

Os neurônios codificam informação na forma de potenciais de ação curta ou disparos e, considerando uma população de neurônios, a combinação de disparos e silêncios formam uma "palavra-código" neural. Os elementos, ou "bits", dessa palavra-código são geralmente correlacionados uns com os outros, fazendo com que o comportamento da rede não seja bem descrito pela soma de suas partes. Isso levou à sugestão de que a mecânica estatística poderia ser utilizada para estudar esses sistemas. Dessa forma, o estado de um neurônio pode ser mapeado em um spin clássico de um modelo de Ising, sendo um estado "up" um disparo e um "down" um silêncio, de forma que a atividade coletiva de populações neurais pode ser descrita pelo modelo de Ising com acoplamento entre pares. Embora muitos estudos que usaram a analogia entre modelos de Ising e neurônios focaram na distribuição estatística de palavras-código numa dada janela de tempo, nenhuma consideração foi feita para a dinâmica temporal dos neurônios. Assim, esse projeto se dedicada a generalizar a abordagem do modelo de Ising para sequências temporais de disparos e silêncios, adicionando o tempo com uma "dimensão" extra no sistema. Esses modelos serão ajustados à atividade coletiva de células ganglionares da retina. A analogia com a mecânica estatística pode ser estendida estudando as propriedades termodinâmicas do sistema. O calor específico será calculado bem como outras quantidades termodinâmicas que possam servir como assinaturas de criticalidade. A questão da criticalidade no contexto de sistemas dinâmicos será revisitada. Reversibilidade temporal da atividade neural e possíveis violações do balanço detalhado no sistema também serão estudados. (AU)