Relações de escala em criticalidade no cérebro

Abstract

Um dos grandes desafios da neurociência computacional é o desenvolvimento de modelos que consigam reproduzir a atividade neuronal e nos permitam fazer previsões. Ao longo das últimas duas décadas, estudos têm mostrado evidências de criticalidade no cérebro, indicando a presença da percolação direcionada de campo médio (sigla em inglês, MF-DP) como sua transição de fase, isto é, uma transição entre os estados ativo e absorvente. No entanto, através de dados de spikes em ratos anestesiados com uretana, foram recentemente identificadas através do uso de critérios mais rigorosos, assinaturas de criticalidade entre estados assíncronos e síncronos, colocando em xeque a classe de universalidade MF-DP como modelo para o cérebro crítico. Porém, esse tipo de dado tem sido questionado por sofrer intensa subamostragem, que consiste no registro da atividade de uma fração muito pequena dos neurônios presentes numa dada região do cérebro. Partindo desse ponto, estudamos dois modelos da classe MF-DP, realizamos subamostragem e os submetemos à mesma metodologia empregada na análise de novos dados experimentais. Nossos modelos conseguiram reproduzir os resultados centrais obtidos experimentalmente através da estatística de avalanches neuronais, mostrando como a subamostragem pode distorcer os expoentes verdadeiros da transição de fase. Logo, os modelos da classe MF-DP continuam sendo uma explicação alternativa para a atividade de spikes. Neste trabalho também avaliamos pela primeira vez a relação de escala em dados de magnetoencefalografia (MEG) de humanos em repouso. Em nossas análises, a classe MF-DP não mostrou ser consistente com os valores médios obtidos experimentalmente, que indicaram novos valores de expoentes em que a relação de escala é satisfeita. Assim, os modelos da classe MF-DP são novamente colocados em xeque para explicar os novos dados de MEG aqui apresentados.