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Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Avalanches neuronais são padrões espaço-temporais de atividade que ocorrem espontaneamente
nas camadas superficiais do córtex mamífero sob várias condições experimentais. Estudos
anteriores em fatias cerebrais e cultura de tecidos mostraram que a distribuição de tamanhos
P(s) de avalanches neuronais obedece à uma relação de lei de potência: P(s) » s¡a , com
expoente a '3=2. Isso é compatível com a idéia de que redes neuronais in vitro operam em regime
crítico, mas pouco se sabe sobre as propriedades das avalanches neuronais in vivo. Nessa
dissertação foi investigada a estatística das avalanches neuronais em registros extracelulares de
potenciais de ação (disparos) obtidos de ratos cirurgicamente implantados com multi-eletrodos.
Os animais foram continuamente registrados por várias horas ao longo do ciclo sono-vigília,
antes, durante e depois de uma sessão de exploração de objetos novos. Também foram registrados
animais sob efeito de anestesia. Em particular, procuramos assinaturas estatísticas nos
registros in vivo que permitissem testar a hipótese de criticalidade no cérebro.
Os dados foram divididos em bins temporais Dt. Uma avalanche foi definida como uma
sequência de bins nos quais a atividade é não-nula. Realizamos análises estatísticas com respeito
ao tamanho (número de disparos) s, a duração d e o intervalo t entre avalanches, para
um dado Dt. Observamos que a estatística das avalanches neuronais varia de acordo com a fase
do ciclo sono-vigília. Para qualquer fase, avalanches mais longas e maiores se tornam mais
frequentes após a experiência de exploração. Encontramos distribuições de tamanhos que se
assemelham à distribuição lognormal: P(s) » s¡1 exp[¡c(ln(s)¡b)2]. Estudamos um modelo
de autômatos celulares excitáveis e mostramos que distribuições como essas podem ser obtidas
em um sistema no ponto crítico quando há subamostragem. Ou seja, sistemas que exibem distribui
ções de tamanhos do tipo lei de potência quando a medida das avalanches é realizada em
todos os elementos da rede, apresentam distribuições que se assemelham à lognormal quando
apenas uma pequena parte de seus elementos excitáveis é utilizada para fazer as medidas.
Além disso, exploramos a dinâmica temporal e observamos que a família de distribuições
de intervalos D(t ;sc) entre avalanches consecutivas com tamanho s ¸ sc obedecem a uma
lei de escala: D(t ;sc) = R(sc)F(tR(sc)), onde R(sc) = ht i¡1 e F é uma função de escala.
Os resultados são semelhantes às leis de escala encontradas em clarões solares (solar fiares),
incêndios florestais, fraturas, terremotos e outros sistemas. A presença de lei de escala na
dinâmica temporal do sistema é compatível com a idéia de criticalidade auto-organizada e
foi encontrada nos mais diversos estados comportamentais, regiões do cérebro e períodos da
experiência nos ratos estudados
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/6016 |
| Date | 31 January 2009 |
| Creators | Lins Ribeiro, Tiago |
| Contributors | Copelli Lopes da Silva, Mauro |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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