Dinâmica não-linear do processamento de informação em redes neurais

Resumo

O objetivo deste projeto é o estudo experimental de redes neurais usando técnicas da Teoria de Sistemas Dinâmicos Não-lineares e Caos e da Teoria da Informação. Iremos analisar o comportamento de pequenas redes neurais, inspiradas em redes neurais biológicas, mas compostas por neurônios-modelo eletrônicos (também inspirados em neurônios reais). Pretende-se entender principalmente qual a importância das diferentes constantes de tempo das sinapses e de características como depressão e facilitação sináptica para o processamento e transmissão de informação. Pretendemos obter progressos nessa área usando uma abordagem multidisciplinar, pois ainda não existe uma abordagem unificada entre as teorias de sistemas dinâmicos não-lineares e da informação que possa explicar como ocorrem os muitos processos neurais e muito menos capaz de entender como um sistema nervoso usa a informação sensorial para organizar os padrões de comportamento de um animal. Este projeto envolve a utilização de detalhes biológicos na simulação de modelos matemáticos, teoria de sistemas dinâmicos não-lineares, implementação de modelos neurais em circuitos eletrônicos, desenvolvimento de software e hardware e aplicação da teoria da informação na análise de experimentos. Pretende-se realizar este projeto em colaboração com o Laboratório de Fenômenos Não-lineares (LFNL) do Departamento de Física Geral e com o grupo de Controle de Oscilações (CO) do Departamento de Física Aplicada, ambos do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, colaborando assim, com o projeto temático que estes grupos tem em conjunto, intitulado "Dinâmica Não-linear". Estes dois grupos possuem grande experiência não apenas na teoria de sistemas dinâmicos não-lineares, mas também em sua aplicação em experimentos e em circuitos eletrônicos. Pretendo também continuar colaborando com o grupo de pesquisa do Institute for Nonlinear Science - UCSD, onde venho desenvolvendo meu atual projeto de pós-doutoramento (FAPESP 98/15124-5, com final em abril/2001), além de procurar colaborações com outros grupos de pesquisa nacionais ou no exterior, visando não apenas obter mais informações a partir de experimentos com neurônios biológicos, mas também propor e, se possível realizar experimentos que testem a validade dos resultados obtidos nas "redes neurais eletrônicas", mesmo que de maneira qualitativa, em redes neurais biológicas. Descrevemos no projeto, de maneira resumida, as idéias básicas da área de pesquisa, assim como a metodologia que pretendemos aplicar. Maiores detalhes podem ser encontrados nos vários Apêndices onde foram incluídos os principais trabalhos usados como base para este projeto. (AU)