Hacia una mecánica estadística de los estados cerebrales macroscópicos

Esta tesis estudia la naturaleza de las fluctuaciones espontáneas de la actividadcerebral humana, medida a gran escala. Dichas fluctuaciones se organizan enun repertorio de patrones espacio temporales que se repiten en diversas condiciones,tanto en la ejecución de tareas como en reposo y tanto en el sueño como enla vigilia. La relación entre los "estados físicos", definidos por las interaccionesneuronales que forman estos patrones, y los "estados mentales" asociados a cambiosen la consciencia, el procesamiento de información y los diferentes procesoscognitivos que realiza el cerebro, es una pregunta abierta y fundamental en laneurociencia. Desde un punto de vista físico, el problema consiste en entender los mecanismosdinámicos responsables de la emergencia de dichos patrones. En este trabajo,usamos herramientas de la mecánica estadística para describir y modelar la actividadcerebral espontánea, en experimentos de resonancia magnética funcional enestado de reposo. Nuestra hipótesis principal es que la complejidad observada sepuede entender por analogía a los fenómenos críticos observados en sistemas físicosque presentan una transición de fase de segundo orden. En el caso particulardel cerebro, con sus cientos de miles de millones de neuronas interactuando, resultaimportante determinar qué relación existe entre la complejísima estructurade conexiones y la dinámica colectiva que de ellas emerge. Aquí abordamos esteproblema mediante la construcción de un modelo híbrido basado en conexionesaxonales empíricas y una dinámica de masas neuronales. Desde el punto de vista de la neurociencia, la pregunta más interesante está relacionadacon la naturaleza funcional de los patrones espacio temporales observados. Es decir, tratar de entender la relación entre los estados físicos y los estadosmentales mencionados previamente. En este trabajo presentamos una conexiónentre ambos niveles de descripción al estudiar los cambios en la dinámica cerebralde sujetos al quedarse dormidos. De esta manera exploramos la hipótesisde que el origen neurobiológico de las uctuaciones espontáneas de la actividadesté relacionado con cambios en el estado de vigilia de los sujetos. Tanto en la neurociencia como en cualquier disciplina que estudie sistemascomplejos, el problema de modelado tiene una dificultad inherente y es que, dadala alta dimensionalidad del sistema, los datos experimentales se encuentraninevitablemente subsampleados. Por este motivo, resulta necesario definir representacionesreducidas del sistema que al mismo tiempo resulten informativas. Enesta tesis incluimos una discusión teórica sobre este problema general, usandoelementos de la teoría de la información para cuantificar la relevancia de distintasrepresentaciones de los datos experimentales y su relación con la hipótesis decriticalidad.

Bibliographic Details

Main Author:	Haimovici, Ariel
Other Authors:	Balenzuela, Pablo
Format:	info:eu-repo/semantics/doctoralThesis biblioteca
Language:	eng
Published:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Subjects:	DINAMICA CEREBRAL, CRITICALIDAD, SUEÑO, INFERENCIA, REDES DE ESTADO DE REPOSO, BRAIN DYNAMICS, CRITICALITY, SLEEP, INFERENCE, RESTING STATE NETWORKS,
Online Access:	https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6145_Haimovici http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=aextesis&d=tesis_n6145_Haimovici_oai
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