Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ewandson Luiz Lameu.pdf: 6871045 bytes, checksum: 35133e0038b470fc95e483092d60973c (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / Functional brain networks are composed of cortical areas that are anatomically and functionally connected. One of the cortical networks for which more information is available in the literature is the cat cerebral cortex. Statistical analyses of the latter suggest that its structure can be described as a clustered network, in which each cluster is a scale-free network possessing highly connected hubs. Those hubs are strongly connected together. We have built a clustered scale-free network inspired in the cat and human cortex structure so as to study their dynamical properties. We focus on the synchronization of bursting activity of the cortical areas and how it can be suppressed by means of neuron deactivation through suitably applied light pulses. We show that is possible to effectively suppress bursting synchronization by acting on a single hub, because it is highly connected and have a strong influence over the network. / A rede funcional do cérebro é composta por áreas corticais que são anatômica e funcionalmente conectadas. Uma das redes corticais que mais se tem informação disponível na literatura é o córtex cerebral do gato. Análises estatísticas deste último sugerem uma estrutura que pode ser descrita como uma rede de sub-redes, onde cada sub-rede é do tipo livre de escala possuindo hubs muito conectados. Estes hubs são, por sua vez, intensamente conectados entre si. Constru ´ımos uma rede de sub-redes inspirados na estrutura cerebral de gatos e humanos a fim de estudar suas propriedades dinâmicas. Focamos na sincronização dos disparos neurais das áreas corticais e em como esse efeito pode ser suprimido por meio da desativação neural causada pela aplicação de pulsos de luz de forma apropriada. Mostramos que é possível suprimir efetivamente a sincronização dos disparos neurais perturbando um único hub, pois este tem muitas conexões e influencia fortemente toda a rede.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lameu, Ewandson Luiz.pdf: 7848775 bytes, checksum: 6554423cbb845e57ef8b0353b78352c9 (MD5) Previous issue date: 2016-10-25 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / In this thesis we present a theoretical model of a neural network based on real anatomical structure of connections between cat’s cerebral cortex areas. This anatomical network contains 65 cortical areas organized into four regions called visual, auditory, somatosensory-motor and frontolimbic. We analize for which probabilities of connections the proposed network approaches with greater fidelity the real anatomical network. To describe the neuron dynamics we use a system known as Rulkov bidimensional map, which is a phenomenological model that simulates the changes in the neuronal membrane potential. For the coupling between neurons we consider electrical and chemical synapses. Then, we study the phenomenon of synchronization of neuronal firing due to its relationship with some neurological disorders such as Parkinson’s disease and epilepsy. In addition to seeking the cause of these disorders, the study of effective techniques to prevent such behavior becomes indispensable. In light of this, we propose three methods of applying external perturbations over the system with the aim of suppress synchronization. The first of these disorders simulates a stimulus by light that is capable of inducing a neuron to have a spike, the second perturbation used was the introduction of a periodic electrical current on the network, and the third was based on reinjection of an electric signal collected from the system itself. We show the coupling intervals where disturbances are able to suppress the synchrony and evaluate which of them has higher efficiency. / Nesta tese apresentamos um modelo teórico de uma rede neuronal baseado na estrutura anatõmica real das conexões entre áreas do córtex cerebral do gato. Esta rede anatômica contém 65 áreas corticais que estão organizadas em quatro regiões denominadas visual, auditiva, somatosensorialmotora e frontolımbica. Analisamos para quais probabilidades de conexões a rede modelada se aproxima com maior fidelidade da rede real anatomica. Para descrever a dinãmica neuronal consideramos um sistema bidimensional conhecido como mapa de Rulkov, sendo este um modelo fenomenol´ogico que simula as variações do potencial de membrana neuronal. Para o acoplamento entre os neuronios consideramos sinapses eletricas e quımicas. Entao, estudamos o fenomeno da sincronização dos disparos neuronais devido a sua relação com algumas desordens neurológicas, como Parkinson e epilepsia. Além de buscar compreender a causa destas desordens, o estudo de tecnicas eficazes para evitar tais comportamentos torna-se imprescindıvel. Com isso em mente, propomos tres métodos de aplicações de perturbações externas sobre o sistema com a finalidade de suprimir a sincronizaçãoo. A primeira destas perturbaçoes simula um estımulo por luz que é capaz de induzir um neuronio a ter um pico de potencial, a segunda perturbação utilizada foi a introdução de uma corrente eletrica periodica sobre a rede e a terceira baseou-se na reinjeção de uma sinal eletrico coletado do proprio sistema. Mostramos os intervalos de acoplamento onde as perturbacoes sao capazes de suprimir a sincronia e avaliamos qual delas apresenta maior eficiencia.