Comportamientos emergentes en redes neuronales y su exploración usando teoría de la información

Charlista: Prof. Patricio Orio - Instituto de Neurociencia, Facultad de Ciencias, Universidad de Valparaíso

Resumen: Los sistemas complejos exhiben comportamientos colectivos que surgen de interacciones simples entre sus componentes. Comprender cómo emergen estos comportamientos colectivos en la dinámica del cerebro y circuitos neuronales plantea un desafío significativo en neurociencia, ya que se cree que los comportamientos emergentes (o sus trastornos) subyacen a la conciencia, la conducta y los trastornos cerebrales como la enfermedad de Alzheimer, la demencia o la esquizofrenia. La teoría de la información proporciona un conjunto de herramientas para evaluar las interdependencias estadísticas de orden superior (HOI, High-order interdependencies): estructuras estadísticas que están presentes en un grupo de variables y que no se pueden describir mediante interacciones por pares. La redundancia (cuando la misma información es proporcionada por múltiples variables aleatorias) y la sinergia (cuando la información está contenida conjuntamente en un grupo de variables pero no por separado en subconjuntos de ellas) coexisten en los sistemas complejos y pueden dotarlos de diferentes capacidades de procesamiento de información. Para comprender cómo estos comportamientos emergentes medibles pueden originarse, mantenerse y contribuir al procesamiento de información de un sistema, estudiamos la emergencia de las HOI en redes simuladas con dinámica basada en la dinámica de circuitos neuronales y patrones de conectividad basados en el conectoma del cerebro humano. Nuestros resultados muestran que las HOY emergen con mayor facilidad en redes con topología de pequeño mundo, y además con una mayor riqueza dinámica.