Actividad de patrones rítmicos y oscilaciones colectivas en estructuras neuronales, explorando el papel de las diferentes bandas de frecuencia

MONSERRAT PALLARES DI NUNZIO; FERNANDO MONTANI

Congreso; XIX Congreso Regional de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia Condensada; 2022

Las múltiples sensaciones que experimenta nuestro cuerpo van acompañadas de intercambios de información en forma de señales eléctricas dentro del cerebro. Estas señales eléctricas pueden ser ondas, como las ondas de radio que sirven para emitir música desde el emisor hasta los receptores. En el cerebro, diferentes áreas pueden funcionar como transmisores o receptores de señales dependiendo de la situación. Las oscilaciones neuronales, u ondas cerebrales, son patrones rítmicos o repetitivos de la actividad neuronal en el córtex. La interacción entre las neuronas puede dar lugar a oscilaciones con una frecuencia diferente de la asociada al disparo de las neuronas individuales, ya que depende de las posibles reglas de fuerza sináptica entre las neuronas. Estas oscilaciones neuronales son un mecanismo fundamental que permite la sincronización de la actividad neuronal dentro y entre regiones del cerebro. Este mecanismo facilita la coordinación temporal precisa de los procesos neuronales que subyacen a la cognición, la memoria, la percepción y el comportamiento. La sincronización en las redes neuronales ha atraído mucha atenciónen los últimos años, centrándose en el tipo de transiciones de los diferentes patrones de oscilaciones en la red. Consideramos el efecto de la interacción sináptica, así como de la conectividad estructural sobre la transición de sincronización en modelos de red de neuronas con picos regulares con diferentes ritmos neuronales. La fuerza sináptica deprime la baja actividad y potencia la alta activación de las neuronas postsinápticas. De manera significativa, los modelos de tripletes con plasticidad dependiente del tiempo de los picos (STDP) han demostrado que describen con precisión los experimentos de plasticidad que la regla STDP clásica basada en pares de picos no pudo capturar. Consideramos un modelo de triplete de STDP que depende de las interacciones de tres picos asincrónicos en una red de neuronas excitatorias e inhibitorias, emulando la actividad de la corteza.Estudiamos la evolución dinámica del modelo de tripletes con sincronización , contrastándolo con un modelo clásico de pares. La dinámica intrínseca de los dos tipos de registros se discierne utilizando un análisis de ventanas de tiempo y estudiando los acoplamientos de amplitud y fase de cada señal. La causalidad de estos registros se cuantifica mediante herramientas de teoría de la información y un método de análisis simbólico que da cuenta de la estructura ordinal de las series temporales, mostrando una potenciación de la información de las oscilaciones cerebrales en el rango de las altas frecuencias.