Relações de escala em criticalidade no cérebro

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: CARVALHO, Tawan Tayron Andrade de
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
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Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/40947
Resumo: SILVA, Mauro Copelli Lopes da, também é conhecido em citações bibliográficas por: COPELLI, Mauro
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spelling CARVALHO, Tawan Tayron Andrade dehttp://lattes.cnpq.br/9138535196061344http://lattes.cnpq.br/9400915429521069SILVA, Mauro Copelli Lopes da2021-08-12T18:54:08Z2021-08-12T18:54:08Z2021-07-02CARVALHO, Tawan Tayron Andrade de. Relações de escala em criticalidade no cérebro. 2021. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2021.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/40947ark:/64986/00130000011hbSILVA, Mauro Copelli Lopes da, também é conhecido em citações bibliográficas por: COPELLI, MauroUm dos grandes desafios da neurociência computacional é o desenvolvimento de modelos que consigam reproduzir a atividade neuronal e nos permitam fazer previsões. Ao longo das últimas duas décadas, estudos têm mostrado evidências de criticalidade no cérebro, indicando a presença da percolação direcionada de campo médio (sigla em inglês, MF-DP) como sua transição de fase, isto é, uma transição entre os estados ativo e absorvente. No entanto, através de dados de spikes em ratos anestesiados com uretana, foram recentemente identificadas através do uso de critérios mais rigorosos, assinaturas de criticalidade entre estados assíncronos e síncronos, colocando em xeque a classe de universalidade MF-DP como modelo para o cérebro crítico. Porém, esse tipo de dado tem sido questionado por sofrer intensa subamostragem, que consiste no registro da atividade de uma fração muito pequena dos neurônios presentes numa dada região do cérebro. Partindo desse ponto, estudamos dois modelos da classe MF-DP, realizamos subamostragem e os submetemos à mesma metodologia empregada na análise de novos dados experimentais. Nossos modelos conseguiram reproduzir os resultados centrais obtidos experimentalmente através da estatística de avalanches neuronais, mostrando como a subamostragem pode distorcer os expoentes verdadeiros da transição de fase. Logo, os modelos da classe MF-DP continuam sendo uma explicação alternativa para a atividade de spikes. Neste trabalho também avaliamos pela primeira vez a relação de escala em dados de magnetoencefalografia (MEG) de humanos em repouso. Em nossas análises, a classe MF-DP não mostrou ser consistente com os valores médios obtidos experimentalmente, que indicaram novos valores de expoentes em que a relação de escala é satisfeita. Assim, os modelos da classe MF-DP são novamente colocados em xeque para explicar os novos dados de MEG aqui apresentados.CNPqOne of the great challenges of computational neuroscience is the development of models that can reproduce neuronal activity and allow us to make predictions. Over the past two decades, studies have shown evidence of criticality in the brain, indicating the presence of mean-field directed percolation (MF-DP) as its phase transition, that is, a transition between active and absorbing phases. However, in recent experimental results obtained from spikes in rats anesthetized with urethane, criticality signatures were identified under more rigorous criteria, suggesting a phase transition between asynchronous and synchronous states, and therefore contesting the MF-DP universality class as a model for brain criticality. However, this type of data has been questioned because it suffers intense subsampling, which amounts to the recording of the activity of a small fraction of the total number of neurons in a given area of the brain. Starting from this point, we studied two models of the MF-DP universality class, submitting them to subsampling and to the same methodology used in the analysis of new experimental data. Our models were able to reproduce the central results obtained experimentally through the statistics of neuronal avalanches, showing how subsampling can distort the true exponents of the phase transition. Therefore, MF-DP remains an alternative explanation for brain criticality as measured by spikes. In this work, we also evaluated for the first time the scaling relationship in data from magnetoencephalography (MEG) from humans at rest. In our analyzes, the MF-DP universality class was not consistent with the average values obtained in the experiments, which revealed new values of the critical exponents for which the scale relation is satisfied. Therefore, models of the MF-DP universality class are challenged to explain the new MEG results presented here.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em FisicaUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessDinâmica Não-Linear, Caos e Sistemas ComplexosSubamostragemRelações de escala em criticalidade no cérebroinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPETEXTTESE Tawan Tayron Andrade de Carvalho.pdf.txtTESE Tawan Tayron Andrade de Carvalho.pdf.txtExtracted texttext/plain209431https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/40947/4/TESE%20Tawan%20Tayron%20Andrade%20de%20Carvalho.pdf.txt2caa7106d190f3cfad85f2fbddc2a3d8MD54THUMBNAILTESE Tawan Tayron Andrade de Carvalho.pdf.jpgTESE Tawan Tayron Andrade de Carvalho.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1230https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/40947/5/TESE%20Tawan%20Tayron%20Andrade%20de%20Carvalho.pdf.jpg3c2d719c17e7fe6a0c0f40550b54b6bbMD55ORIGINALTESE Tawan Tayron Andrade de Carvalho.pdfTESE Tawan Tayron Andrade de Carvalho.pdfapplication/pdf5474870https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/40947/1/TESE%20Tawan%20Tayron%20Andrade%20de%20Carvalho.pdf023379ef45f8d7716b1baae387003925MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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