Emergência de flutuações de atividade em modelos de redes corticais com populações neurais heterogêneas

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Pena, Rodrigo Felipe de Oliveira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Cerebral cortex; Complex networks; Computational neuroscience; Cortex cerebral; Dynamical systems; Fluctuations; Flutuaçoes; Neurociencia computacional; Noise; Redes complexas; Ruido; Sistemas dinamicos
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59135/tde-18012019-095012/

Em modelos de redes corticais com neuronios pulsantes, os mecanismos responsaveis pela emergencia e impacto de flutuacoes de atividade neuronal ainda nao estao completamente entendidos. Neste trabalho, modelos computacionais de redes corticais foram utilizados para investigar como flutuacoes ritmicas e nao-ritmicas surgem e suas possiveis consequencias. Foram estudadas redes com dois tipos de topologia: aleatoria e hierarquica modular, esta ultima inspirada em evidencias experimentais para a arquitetura cortical. Foram utilizados tres diferentes modelos simplificados de neuronios: integra-e-dispara, Izhikevich e integra-e-dispara exponencial com adaptacao. Primeiramente, estudou-se a ocorrencia de atividade auto-sustentada em redes hierarquicas modulares compostas por populacoes de neuronios de classes eletrofisiologicas distintas. Nesses modelos, os padroes de atividade auto-sustentada de longa duracao sao oscilatorios e seu tempo de vida depende do nivel hierarquico e da mistura de neuronios na rede. Em seguida, estudou-se o efeito da introducao de ruido sinaptico em modelos de redes aleatorias. Observou-se o aparecimento de alternancia intermitente entre atividade ritmica e nao-ritmica com caracteristicas similares a estados corticais sincronos e assincronos, respectivamente. Desenvolveu-se a extensao de uma abordagem reducionista para redes neuronais homogeneas, em que um esquema iterativo auto-consistente e usado para que um unico neuronio gere trens de disparo com propriedades estatisticas de segunda ordem similares as de uma rede, para o caso de redes neuronais heterogeneas. Mostrou-se que essa abordagem captura situacoes em que flutuacoes de atividade lentas emergem. Finalmente, utilizou-se o esquema reducionista e ferramentas de teoria de informacao para estudar a emergencia de flutuacoes de atividade lentas e sua propagacao em redes hierarquicas modulares. Os resultados mostram que a propagacao de informacao pela rede depende do numero de modulos, sugerindo que ha um nivel hierarquico otimo para a propagacao de informacao. Os estudos feitos contribuem para aprofundar o entendimento da relacao entre estrutura e composicao neuronal em modelos de redes corticais e indicam mecanismos de emergencia e manutencao de flutuacoes de atividade nessas redes