Anticipated Synchronization In Neuronal Circuits

Abstract

Sincronização antecipada (AS, do inglês "anticipated synchronization") é uma forma de sincronização que ocorre quando uma influência unidirecional é enviada de um transmissor para um receptor, mas o receptor lidera o transmissor no tempo. Esta sincronização contra-intuitiva pode ser uma solução estável entre dois sistemas dinâmicos acoplados em uma configuração mestre-escravo quando o escravo recebe uma retroalimentação atrasada e negativa. Diversos exemplos de AS foram encontrados em diferentes sistemas, no entanto, faltam evidências experimentais de AS no cérebro. Nessa tese, nós investigamos a existência de AS em uma rede neuronal do tipo mestre-escravo quando a retroalimentação atrasada e negativa é substituída por um circuito inibitório dinâmico mediado por sinapses químicas. No nível neuronal, mostramos a existência de AS em um microcircuito de 3 neurônios e em um de 3 populações neuronais nos quais a retroalimentação é proporcionada ou por um interneurônio ou por uma subpopulação de neurônios inibitórios. Uma transição suave de sincronização atrasada (DS, do inglês "delayed synchronization") para AS ocorre quando a condutância sináptica inibitória é aumentada. Mostramos que o fenômeno é robusto quando variamos os parâmetros dos modelos dentro de um intervalo fisiológico aceitável. Os efeitos da plasticidade sináptica dependente do tempo nas transições DS-AS também foram investigados. Os resultados obtidos a partir dos nossos modelos são comparáveis a dados obtidos experimentalmente enquanto macacos realizam certas atividades cognitivas. Em alguns casos, uma influência unidirecional dominante de uma região cortical para outra pode vir acompanhada de um tempo de atraso tanto positivo como negativo. Apresentamos um modelo para AS entre duas regiões cerebrais e comparamos estes resultados com os dados experimentais, obtendo excelente concordância.