Café com Física

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09 de abril de 2014
16h30
Sala F-210

Pedro Carelli

UFPE

Sincronização antecipada entre osciladores neurais

Sincronização de fase entre osciladores não lineares é um tema de grande interesse para o estudo de sistemas neurais. Em 2000 foi proposto que dois osciladores acoplados unidirecionalmente (mestre-escravo), onde o sistema escravo também recebe um auto-feedback negativo atrasado temporalmente, poderiam sincronizar em um estado chamado Sincronização Antecipada (AS) (Voss 2000). Neste caso onde o sistema escravo antecipa o comportamento do sistema mestre. Este resultado contra-intuitivo se mostrou estável em diversos sistemas físicos tanto em simulações computacionais de sistemas caóticos (Kostur et al 2005, Massoller e Zanette 2001) como em experimentos (Sivaprakasam et al 2001, Liu et al 2002, Ciszak et al 2009). Apesar de Voss ter especulado sobre a possível utilidade de AS no cérebro, até recentemente não haviam quaisquer evidências de sua ocorrência.

Neste seminário discutiremos três trabalhos atuais em que abordamos a ocorrência de AS em microcircuitos neuronais, redes de larga escala e a interação entre AS e regras de plasticidade sináptica.

O primeiro desafio, é mostrar a possibilidade de ocorrência de AS implementada por um hardware neural, onde o feedback inibitório com delay é substituído por um loop inibitório envolvendo sinapses químicas e um interneurônio (Matias et al PRE 2011).

Em um segundo trabalho, estudamos como um modelo de duas populações corticais conectadas, exibindo AS, podem explicar resultados experimentais de coerência, causalidade de Granger e diferença de fase em medidas da atividade elétrica do córtex de macacos, reportados como paradoxais na literatura (Matias et al, submetido).

Finalmente, a ocorrência de AS no cérebro é particularmente interessante sob a ótica da descoberta recente do fenômeno de Spike-Timing-Dependent-Plasticity (STDP), onde a diferença de tempo entre os disparos de dois neurônios conectados (pré/pós sináptico) determina a potenciação ou depressão de sua conexão. Neste caso, a interação entre o estado de sincronização e regras de plasticidade (tipo STDP) podem determinar a conectividade entre redes de neurônios (Matias et al, em preparação).