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Fluxo de informação em rede de redes neuronais: oscilações, criticalidade e sinapses elétricas

Processo: 19/15024-9
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de junho de 2020
Vigência (Término): 31 de maio de 2022
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Fisiologia - Fisiologia de Órgãos e Sistemas
Pesquisador responsável:Alexandre Hiroaki Kihara
Beneficiário:Mariana Sacrini Ayres Ferraz
Instituição-sede: Centro de Matemática, Computação e Cognição (CMCC). Universidade Federal do ABC (UFABC). Ministério da Educação (Brasil). Santo André , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:15/50122-0 - Fenômenos dinâmicos em redes complexas: fundamentos e aplicações, AP.TEM
Assunto(s):Neurofisiologia   Rede nervosa   Sinapses elétricas   Fluxo de informação   Tomada de decisão

Resumo

Estudo de redes complexas envolvem diversas áreas da Ciência que vão desde Física até Neurobiologia. É de se esperar que o nosso cérebro componha uma das redes conhecidas mais complexas, com em torno de 100 módulos interligados entre si, e com mais de $10^{10}$ neurônios. Dada essa alta complexidade, o entendimento de seu funcionamento é extremamente desafiador. Neste sentido, é conhecido o fato que desordens neuronais afetam o funcionamento de neurônios individuais, o que por sua vez impacta na dinâmica destes em redes. De fato, a atividade das redes neuronais exibe um comportamento complexo, dada em avalanches, cujas distribuições espaciais e temporais são descritas por leis de potência, indicativo de que o sistema está em seu estado crítico. Assim, hipotetizam-se que um cérebro saudável funcionaria perto de uma transição de fase, ponto ideal para otimização de certas características como armazenamento e transmissão de informação. Um ponto relevante no contexto da Neurociência seria como os sinais neuronais são acessados e como se direcionam nas diferentes funções requisitadas. Mais especificamente, uma questão pode ser colocada: quais parâmetros estruturais ou dinâmicos das redes neuronais influenciam e proporcionam o fluxo de informação entre estas? No presente projeto pretende-se investigar essa questão com abordagem teórica com modelagem de rede de redes com dinâmicas neuronais, associada com abordagem experimental baseada em medidas eletrocorticográficas de ratos durante realização de tarefas comportamentais. Pretendemos analisar o processo de tomada de decisão, avaliando como ocorre a recuperação de memória e a transferência de informação entre o hipocampo e o córtex pré-frontal. Além disso, avaliaremos como essas ações são afetadas por fatores estruturais da rede neuronal, como as sinapses elétricas. As análises envolverão principalmente análises espectrais de Fourier, \textit{coherence}, causalidade de Granger, espectro de \textit{wavelet}, expoente de Hurst, dentre outras. Com esta abordagem pretendemos contribuir para o entendimento das origens e consequências de disfunções hipocampais e pré-frontais, como encontradas em diversas desordens neuropsiquiátricas, como esquizofrenia, autismo e demência. Este projeto contará com a colaboração de pesquisadores da UFABC e de grupos externos, além de estar vinculado a um projeto temático. (AU)