El trabajo es fruto de la investigación doctoral de Fernanda Matias desarrollada en el IFISC (CSIC-UIB) y en la Universitdad de Pernambuco (Brasil)
Descubrir qué mecanismos nos permiten modelar y predecir hechos es uno de los grandes interrogantes de la neurociencia. Exponer los mecanismos que permiten que pasen cosas complejas de una manera coordinada en el cerebro ha producido algunos de los descubrimientos más espectaculares en este campo. Y, precisamente, las actividades sincronizadas en el cerebro son el objeto de la tesis «Anticipated synchronization in neuronal circuits», centrada en entender la capacidad del cerebro para predecir o anticipar lo que pasará.
La tesis, presentada por Fernanda Seligardi Matias, estudia las relaciones entre estructuras y dinámicas en diferentes modelos biofísicos de neuronas en las regiones cerebrales. El estudio elabora un análisis detallado de la sincronización anticipada (AS) en modelos de redes neuronales biológicamente plausibles a diferentes escalas, y no se limita a elaborar un modelo teórico sino que se contrastan los resultados con datos experimentales. En concreto, se han hecho pruebas en cerebros de primates, de manera que se concluye que la falta de correspondencia entre la influencia direccional en la interacción y la diferencia de fase medida experimentalmente entre áreas corticales en primates puede constituir la primera verificación del AS en el cerebro.
La tesis doctoral de Fernanda Seligardi Matias se ha defendido en la Universidad de Pernambuco con la codirección de Mauro Copelli (Universidad Federal de Pernambuco) y Claudio Mirasso, del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC), organismo mixto del CSIC y la UIB.
La sincronización anticipada es una forma de sincronización que ocurre cuando una influencia unidireccional es transmitida desde un generador a un receptor, pero la acción del receptor precede el generador en el tiempo. Este régimen de sincronización, poco intuitiva, puede ser una solución estable de retroalimentación negativa. En esta tesis se demuestra que un sistema neuronal maestro-esclavo también puede exhibir sincronización anticipada cuando este retardo negativo es sustituido por un bucle inhibitorio dinámico mediante una sinapsis (unión) inhibitoria. Este reemplazamiento abre nuevas avenidas al estudio del AS en los sistemas neuronales.
La tesis adopta una perspectiva innovadora, dado que investiga la exigencia del AS utilizando modelos biológicamente plausibles con la idea de ser capaces de proponer montajes experimentales en los que sea posible verificar esta sincronización. En este sentido, las pruebas realizadas en cerebros de primates han demostrado la existencia de anticipación en la respuesta durante tareas cognitivas. El modelo que propone la tesis de Matias sugiere que la corteza cerebral de los primates puede operar en el régimen AS dinámico como parte de la función neurocognitiva normal. Se espera que la existencia de esta sincronización, observada entre regiones corticales en los primates, se pueda extender a la investigación de AS en humanos.
Ficha de la tesis doctoral
- Título: Anticipated synchronization in neuronal circuits
- Autor: Fernanda Selingardi Matias
- Programa de doctorado: Física
- Departamento: Física
- Directores: Claudio R. Mirasso Santos y Mauro Copelli
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Fecha de publicación: Mon Apr 14 14:31:00 CEST 2014