Dinâmica em rede de redes neuronais e acoplamentos de redes biofísicas

Abstract

Resumo: Inicialmente serão apresentados os conceitos, a teoria e as ferramentas necessárias para a compreensão da pesquisa, a qual será apresentada nesse trabalho em duas frentes distintas. A primeira parte busca estudar e analisar os comportamentos dinâmicos em uma rede complexa com equações modificadas de Hodgkin-Huxley, mais especificamente equações de Huber-Braun. Tal rede será modelada pela matriz de conexão cerebral do gato, e os elementos dessa matriz serão novas redes mas com estrutura de pequeno mundo. Nessa etapa da pesquisa foram constatados efeitos de assíncrona e sincronização das fases de estouros, sincronização das fases de disparo e transições dinâmicas com aglomerações locais. A segunda parte da pesquisa busca avaliar séries temporais de camundongos, cujos dados foram obtidos de sensores motor atados aos indivíduos e sensores invasivos conectados no hipocampo cerebral. Com o auxílio de ferramentas quantificadoras de características de recorrência, foram estudados as leves alterações que antecedem um micro despertar durante o estagiamento de sono SWS e os acoplamentos entre os sinais. Será mostrado que há uma leve alteração prévia ao evento captada pelo quantificador de recorrência proveniente do sinal motor, e que tal evento está em sincronia em anti-fase com a detecção do evento pelo sinal do hipocampo. Na parte final do texto, serão apresentadas as próximas abordagens em ambos os tópicos de pesquisa e uma breve consideração sobre os resultados apresentados. Palavras-chave: Rede, Matriz do Gato, Sincronização, Pequeno-Mundo(SW), Recorrência e Evento.

Abstract: Initially will be presented the concepts, theory and tools used and needed for the comprehension of the research that will be presented in this work as two distinct fronts. The first part analyses the dynamical behaviors in a complex network with modified equations of Hodgkin-Huxley, more specifically equations of Huber-Braun. This network will be modeled using the cat matrix of brain connections, and each element of this matrix will be a small-world (SW) kind matrix. For these complex network will be presented reports of asynchrony and synchronization of bursts phases, synchronization of spike phases and dynamical transitions to local clustering. In the second part of the research, the study focus on the evaluation of temporal series obtained from sensors attached to mice, which one of it capture physical movement signals and another was invasive attached to hippocampus cerebral region. With the use of recurrence quantification analysis tools, it was studied slightly changes that foresee the micro-arousal in SWS sleep stage and coupling between both experimental data. It will be shown that there is a subtle modification on the accelerometer series just before the arousal detection by the recurrence quantifier applied to this physical movement data, and that this event is anti-phase synchronized with the invasive hippocampus data. In the last part of this text it will be presented the future developments in both research fronts, and the final considerations on the shown results. Keywords: Network, Cat Matrix, Synchronization, Small-World (SW), Recurrence and Event.