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El complejo descanso del cerebro
Estudio de la actividad cerebral en estado de reposo
Ariel Haimovici
Estudios Multidisciplinarios en Ciencias del Cerebro y sistemas Complejos (Emc 3)
Las preguntas
¿Cómo funciona el cerebro?
Dilema Integración-Disgregación
¿cómo es la dinámica responsable?
¿qué relación tiene con la estructura?
¿Qué herramientas tenemos?
Experimentales y Teóricas
¿Con qué herramientas experimentales contamos?
Hay varias: Micro electrodos, EEG, MEG, fMRI, etc
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No invasivo
Buena resolución espacio-temporal (3mm-2s)
Lo que se ve
¿Por qué en reposo?
Redes de estado de reposo (RSN) [Beckmann et al 2005].
Mi punto de partida
[Tagliazucchi et al 2012]
[Fraiman et al 2012]
Analogía con las transiciones de fase en sistemas termodinámicos
Transición ferro – paramagética en el modelo de Ising en 2D.
[Fraiman et al 2009]
¡Novedades!
El Conectoma
[Hagmann et al (2008)]
La Dinámica
El Modelo
Divergencia de la longitud de correlación
Fluctuaciones anómalas de la correlación en el tiempo
Patrones espacio-temporales
emergentes en el punto crítico
Resumiendo...
La dinámica cerebral es compleja y tiene sentido usar herramientas de la física
estadística para estudiarla
Hay una similitud muy fuerte con sistemas en el punto crítico de una transición de
fase de segundo orden
Un modelo excitable sencillo sumado a la estructura del conectoma nos permitió
explorar estas similitudes
El modelo reproduce mejor los observables del cerebro cuando su dinámica es
crítica
¡Gracias!
Referencias:
Haimovici A, Tagliazucchi E, Balenzuela P, & Chialvo DR (2013). Brain Organization into
Resting State Networks Emerges at Criticality on a Model of the Human Connectome.
Physical Review Letters, 110(17), 178101.
Beckmann CF, DeLuca M, Devlin JT, & Smith SM (2005). Investigations into resting-state
connectivity using independent component analysis. Philosophical transactions of the
Royal Society of London. Series B, Biological sciences, 360(1457), 1001–13.
Tagliazucchi E, Balenzuela P, Fraiman D, & Chialvo DR (2012). Criticality in Large-Scale
Brain fMRI Dynamics Unveiled by a Novel Point Process Analysis. Frontiers in Physiology,
3(February), 1–12.
Fraiman D & Chialvo DR (2012). What kind of noise is brain noise: anomalous scaling
behavior of the resting brain activity fluctuations. Frontiers in Physiology, 3(July), 1–11.
Fraiman D, Balenzuela P, Foss J, & Chialvo DR (2009). Ising-like dynamics in large-scale
functional brain networks. Physical Review E, 79(6), 061922.
Hagmann P, Cammoun L, Gigandet X, Meuli R, Honey CJ, Wedeen VJ & Sporns O
(2008). Mapping the structural core of human cerebral cortex. PLoS biology, 6(7), e159.
Más referencias en www.chialvo.net