Estudio de procesos de sincronización y encarrilamiento en una red de osciladores de Kuramoto para modelar el comportamiento del NSQ

RUBIO R.A.; VALDEZ, L; CANNAS, S.A; NIETO, P.S

Buenos Aires

Congreso; http://rafa.fisica.org.ar/wp-content/uploads/2018/10/LibroResumenesRAFA2018.pdf; 2018

El núcleo supraquiasmático (NSQ) es el área del cerebro que regula los ritmos circadianos corporales y la actividad locomotora en animales mediante la liberación de neuropéptidos y neurotransmisores en distintos horarios del dia. Se compone por una red de osciladores celulares que, a través del acoplamiento intercelular, puede producir, a nivel de tejido, ritmos robustos y coherentes. La ritmicidad observada se debe a un proceso de sincronización colectiva que se produce en el conjunto de células y cuya periodicidad es endógena y cercana a las 24 horas. Por esta razón se lo conoce como el reloj biológico principal en mamíferos. Los cambios en las condiciones de luz-oscuridad forman una señal períodica que encarrila(del ingles ?entrain?) a la red de celulas del NSQ y consecuentemente a los ritmos circadianos observados a nivel de comportamiento. En este trabajo se estudiaron los procesos de sincronización y encarrilamiento en una red de osciladores de Kuramoto con conexiones del tipo campo medio. La motivación principal fue aportar elementos que permitan comprender el comportamiento dinámico del NSQ bajo condiciones de iluminación constantes (corrida libre) o periódicas (ciclos luz-oscuridad). En condiciones de luz-oscuridad, observamos la aparición de oscilaciones temporales en el parámetro de orden global del sistema. Denominamos a este fen ́omeno como sub-oscilaciones y observamos que existen para un amplio rango de valores del acoplamiento intercelular K. Caracterizamos las frecuencias de las sub-oscilaciones mediante la aplicación de FFT y encontramos que la frecuencia característica de las sub-oscilaciones es pr ́oxima a la frecuencia de sintonización cuando el acoplamiento se halla en la regíon de transicíon. A medida que aumentó el acoplamiento K las sub-oscilaciones tendieron a desaparecer, lo cual coincidió, a su vez, con los valores de K para los cuales se observa el fenómeno de bloqueo de frecuencias entre osciladores. La frecuencia a la cual se produce el bloqueo de frecuencias del sistema resulta ser diferente tanto a la frecuencia de la señal externa, como a la media de la distribución de frecuencias intrínsecas de los osciladores. Esto indica que el sistema está en parte sincronizado y en parte encarrilado, existiendo una influencia de la señal externa que modifica la frecuencia media del conjunto.