Comparación de correlaciones de orden superior en redes de poblaciones neuronales biológicas y artificiales

NATALI GUISANDE; MONSERRAT PALLARES DI NUNZIO; OSVALDO A ROSSO; FERNANDO MONTANI

Congreso; 107a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2022

En la corteza cerebral hay poblaciones neuronales complejamente interconectadas que puedenrecibir miles de entradas comunes. Para comprender cómo se procesa la información sensorialen grandes conjuntos de neuronas, es necesario aplicar modelos estadísticos adecuados paradescribir la variabilidad de la respuesta.Algunos estudios sugieren la importancia de las entradas neuronales no gaussianas en lacodificación de la información neural. Recientemente se desarrolló un modelo dicotomizadoq-Gaussiano de entrada común, que extiende el modelo dicotomizado gaussiano a entradasno Gaussianas. Los patrones binarios de disparo se generan mediante la umbralización deuna variable aleatoria q-gaussiana multivariada, y las correlaciones entre las neuronas surgende las correlaciones en la q-gaussiana subyacente.En este trabajo se implementa computacionalmente este modelo analítico buscando que laprobabilidad conjunta de disparo de las neuronas simuladas coincida con valores biológicos.Se presenta un análisis exhaustivo de cómo las estadísticas de entrada se transforman eneste proceso de umbral en estadísticas de salida utilizando una combinación de herramientasde teoría de grafos y teoría de la información. Además, se propone una forma de construiruna red calculando los pesos sinápticos a partir de la métrica de distancia entre los trenesde spikes de Victor–Purpura, que permite cuantificar la cantidad energía mínima necesariapara que un tren de spikes sea igual otro vecino, y posteriormente se analiza la centralidadde la red. Se aplica esta metodología a los datos simulados y se contrasta con los resultadosobtenidos sobre una base de datos de registros extracelulares simultáneos de poblacionesneuronales del área visual V1.Se cuantifican las correlaciones que se generan a partir de la interconectividad de ordensuperior de las entradas neuronales comunes superpuestas. Se caracteriza la actividad dedisparo de la población obtenida a partir de registros simultáneos de neuronas en todas lascapas de una microcolumna cortical simulada y se realiza una comparación con los datosbiológicos.