00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/10746
Tipo: Dissertação
Título: Bi-estabilidade de fase em populações neuronais
Autor(es): Machado, Júlio Nunes
Primeiro Orientador: Matias, Fernanda Selingard
metadata.dc.contributor.referee1: Pereira, Maria Socorro Seixas
metadata.dc.contributor.referee2: Calcagnotto, Maria Elisa
Resumo: A sincronização de sistemas não lineares tem sido amplamente estudada em diversos sistemas, como por exemplo, físicos e biológicos. Em particular, um tipo não usual de sincronização, chamada sincronização antecipada (AS, do inglês anticipated synchronization) , foi descoberta por Voss onde dois sistemas dinâmicos estavam acoplados unidirecionalmente. Este regime de AS pode ocorrer quando um sistema dinâmico “transmissor"descrito por um conjunto de equações diferenciais ordinárias está acoplado unidirecionalmente a um sistema “receptor"descrito pelas mesmas equações mas que está sujeito a uma retroalimentação atrasada e negativa. Nesses casos, AS é caracterizado por uma diferença de fase negativa entre o transmissor e o receptor. Recentemente foi reportado por Matias que a atividade elétrica de regiões corticais do cérebro de macacos pode exibir este tipo de sincronização durante a realização de tarefas cognitivas e motoras. Neste trabalho, estudamos um modelo de populações de neurônios de Izhikevich que podem apresentar tanto o regime de AS, como o regime usual de sincronização com atraso (DS, do inglês delayed synchronization), caracterizado por uma diferença de fase positiva. Neste modelo cada neurônio recebe um ruído externo, simulando sinapses excitatórias vindas de outras regiões cerebrais, que obedecem uma distribuição de Poisson. Mostramos que para um conjunto de parâmetros biologicamente plausíveis, este modelo apresenta um regime bi-estável entre DS e AS. Verificamos ainda que as propriedades desta bi-estabilidade dependem da relação entre as condutâncias sinápticas da população receptora, do acoplamento unidirecional, e do ruído. Além disso, sugerimos que essa populações podem ser um modelo simples mas biologicamente plausível para regiões corticais durante a percepção de estímulos bi-estáveis.
Abstract: Synchronization of non-linear systems has been extensively studied in several systems both in physics and biology. In particular, an unusual type of synchronization, called anticipated synchronization (AS), was discovered by Voss, when two dynamic systems were unidirectionally coupled. The AS regime can occur when a dynamic system ("sender") described by a set of ordinary differential equations is coupled unidirectionally to a "receiver" system described by the same equations but subjected to a negative delayed self-feedback. In such cases, AS is characterized by a negative phase difference between the transmitter and the receiver. Recently it was reported that the electrical activity of cortical regions of the monkey brain can display this type of synchronization during the performance of cognitive and motor tasks. In this work, we studied a model of neuron populations of Izhikevich that can display both the AS regime and the usual delayed synchronization regime (DS), characterized by a positive phase difference. In this model each neuron receives an external noise, simulating excitatory synapses coming from other brain regions, which obey a Poisson distribution. We show that for a set of biologically plausible parameters, this model presents a bistable regime between DS and AS. We also found that the properties of this bistability depend on the relationship between the synaptic conductances of the receiving population, the unidirectional coupling, and the external noise in each neuron. We suggest that this motif could represent a toy model for cortical regions during bistable percepetion.
Palavras-chave: Computadores neurais
Bi-estabilidade
Sistemas dinâmicos diferenciais
Computational neuroscience
Bistability
Dynamical systems
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: MACHADO, Júlio Nunes. Bi-estabilidade de fase em populações neuronais. 2023. 64 f. Dissertação (Mestrado em Física da Matéria Condensada) – Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/10746
Data do documento: 28-fev-2020
Aparece nas coleções:Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Bi-estabilidade de fase em populações neuronais.pdf4.47 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.