Anticipated Synchronization (AS) is a form of synchronization that occurs when a
unidirectional influence is transmitted from an emitter to a receiver, but the receiver
system leads the emitter in time. This counterintuitive phenomenon can be a stable
solution of two dynamical systems coupled in a master-slave configuration when the
slave is subject to a negative delayed self-feedback. Many examples of AS dynamics
have been found in different systems, however, theoretical and experimental evidence
for it in the brain has been lacking. In this thesis work we investigate the existence of
AS in neuronal circuits when the delayed feedback is replaced by an inhibitory loop
mediated by chemical synapses. At the neuronal level, we show the existence of AS in
3-neuron or 3-neuron-populations microcircuits, where the self-feedback is provided
either by an interneuron or by a subpopulation of inhibitory neurons. A smooth
transition from delayed synchronization (DS) to AS typically occurs when the
inhibitory synaptic conductance is increased. The phenomenon is shown to be robust for
a wide range of model parameters within a physiological range. The role of spiketiming-
dependent plasticity in DS-AS transitions is also investigated. The results
obtained from the model are compared with those obtained experimentally in monkeys
performing certain cognitive tasks. In some cases a dominant directional influence from
one cortical area to another is accompanied by either a negative or a positive time delay.
We present a model for AS between two brain regions and compare its results to the
experimental data, obtaining an excellent agreement. / La sincronización anticipada (SA) es una forma de sincronización que se produce
cuando una influencia unidireccional se transmite desde un emisor a un receptor, pero el
sistema receptor adelanta al emisor en el tiempo. Este fenómeno, contrario a la intuición,
puede ser una solución estable de dos sistemas dinámicos acoplados en una
configuración maestro – esclavo cuando el esclavo está sujeto a una retroalimentación
negativa retardada. Hay muchos ejemplos de SA que se han encontrado en diferentes
sistemas, sin embargo, no existe evidencia ni teórica ni experimental de que ocurra en el
cerebro. En este trabajo de tesis se investiga la existencia la SA en circuitos neuronales
cuando la realimentación retardada se sustituye por un bucle inhibitorio mediado por
sinapsis químicas. A nivel neuronal, se muestra la existencia de SA en circuitos de 3
neuronas o 3 poblaciones de neuronas, donde la retroalimentación la proporciona una
interneurona o una subpoblación de neuronas inhibitorias. Una transición de
sincronización retrasada (SR) a SA se produce suavemente cuando se incrementa la
conductancia sináptica inhibitoria. Se encuentra que el fenómeno es robusto para una
amplio espectro de parámetros del modelo dentro del rango fisiológico. También se
investiga el papel de la plasticidad neuronal en la transición SR-SA. Los resultados
obtenidos a partir del modelo se comparan con los obtenidos experimentalmente en
monos cuando realizan ciertas tareas cognitivas. En algunos casos, una influencia
direccional dominante de un área cortical a otra se acompaña de un retardo que puede
ser negativo o positivo. Se presenta un modelo para las relaciones entre dos regiones
corticales del cerebro y se compararan los resultados numéricos con los datos
experimentales, obteniendo un excelente acuerdo.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UIB/oai:www.tdx.cat:10803/133520 |
| Date | 18 March 2014 |
| Creators | Selingardi Matias, Fernanda |
| Contributors | Mirasso Santos, Claudio Rubén, Copelli, Mauro, Universitat de les Illes Balears. Departament de Física |
| Publisher | Universitat de les Illes Balears |
| Source Sets | Universitat de les Illes Balears |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 114 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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