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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E09 - Oscilaciones y sincronización neuronal
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3976
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Osciladores de fase y ritmos corticales
¿Cómo se representa la actividad rítmica de la red cortical mediante elementos oscilantes?
Grupo 2: Grupo 2: Sincronización de Kuramoto
¿Cómo se sincronizan osciladores con frecuencias naturales propias mediante acoplamiento de fase?
Grupo 3: Grupo 3: Sincronización macroscópica de campo medio
¿Cómo se resume globalmente el grado de sincronización de toda la red?
Grupo 4: Grupo 4: Oscilaciones excitatorio-inhibitorias
¿Cómo genera un circuito excitatorio-inhibitorio un régimen oscilatorio cortical?
Grupo 5: Grupo 5: Determinación de la frecuencia oscilatoria
¿De qué dependen las frecuencias de los ritmos generados por el circuito excitatorio-inhibitorio?
Grupo 6: Grupo 6: Acoplamiento espectral entre señales
¿Cómo se cuantifica el acoplamiento entre dos señales corticales en frecuencia?
Grupo 7: Grupo 7: Acoplamiento entre frecuencias
¿Cómo organiza una oscilación lenta la amplitud de una oscilación rápida?
Grupo 8: Grupo 8: Organización temporal macroscópica
¿Qué produce la integración de sincronización, oscilaciones y acoplamientos en la red completa?
ID:1331
Grupo 1: Grupo 1: Osciladores de fase y ritmos corticales
Descripción
¿Cómo se representa la actividad rítmica de la red cortical mediante elementos oscilantes?
Pregunta clave: ¿Cómo se representa la actividad rítmica de la red cortical mediante elementos oscilantes?
La red cortical está formada por poblaciones de neuronas que, al comportarse como osciladores de fase acoplados entre sí, pueden sincronizar su actividad, generando ritmos oscilatorios observables macroscópicamente en la red cortical: las bandas delta, theta, alfa, beta y gamma. En conjunto, es esta misma red cortical, formada por elementos oscilantes que pueden sincronizarse según el modelo de Kuramoto y por pares excitatorio-inhibitorios que pueden entrar en regímenes oscilatorios según el modelo de Wilson-Cowan, la que genera los ritmos oscilatorios observables macroscópicamente, cuyo acoplamiento entre señales y entre frecuencias distintas organiza temporalmente la actividad de la red cortical completa. En su forma de campo medio, el modelo de Kuramoto introduce un parámetro de orden, el mismo indicador de sincronización que resume qué tan sincronizada está toda la red cortical: cuanto más sincronizados están los elementos oscilantes de la red cortical entre sí, más alto es este parámetro de orden. El modelo de Kuramoto, ya usado antes para describir la sincronización patológica de la red cortical, reduce cada elemento oscilante de la red cortical a una única variable de fase, con una frecuencia natural propia de ese elemento y un acoplamiento a las demás fases de la red cortical cuya fuerza varía de forma periódica según la diferencia de fase entre los elementos. A nivel de circuitos, el par excitatorio-inhibitorio del modelo de Wilson-Cowan de la red cortical puede entrar en un régimen oscilatorio, generando por ejemplo un ritmo en la banda gamma de la red cortical.
ID:7690
Grupo 2: Grupo 2: Sincronización de Kuramoto
Descripción
¿Cómo se sincronizan osciladores con frecuencias naturales propias mediante acoplamiento de fase?
Pregunta clave: ¿Cómo se sincronizan osciladores con frecuencias naturales propias mediante acoplamiento de fase?
El modelo de Kuramoto, ya usado antes para describir la sincronización patológica de la red cortical, reduce cada elemento oscilante de la red cortical a una única variable de fase, con una frecuencia natural propia de ese elemento y un acoplamiento a las demás fases de la red cortical cuya fuerza varía de forma periódica según la diferencia de fase entre los elementos. En conjunto, es esta misma red cortical, formada por elementos oscilantes que pueden sincronizarse según el modelo de Kuramoto y por pares excitatorio-inhibitorios que pueden entrar en regímenes oscilatorios según el modelo de Wilson-Cowan, la que genera los ritmos oscilatorios observables macroscópicamente, cuyo acoplamiento entre señales y entre frecuencias distintas organiza temporalmente la actividad de la red cortical completa. En su forma de campo medio, el modelo de Kuramoto introduce un parámetro de orden, el mismo indicador de sincronización que resume qué tan sincronizada está toda la red cortical: cuanto más sincronizados están los elementos oscilantes de la red cortical entre sí, más alto es este parámetro de orden. La coherencia espectral de la red cortical cuantifica el grado de acoplamiento entre dos señales de la red cortical en el dominio de la frecuencia, mientras que el acoplamiento fase-amplitud mide cómo la fase de una oscilación lenta de la red cortical modula la amplitud de una oscilación rápida de esa misma red cortical, un fenómeno relevante para la organización temporal de la actividad cortical.
ID:7691
Grupo 3: Grupo 3: Sincronización macroscópica de campo medio
Descripción
¿Cómo se resume globalmente el grado de sincronización de toda la red?
Pregunta clave: ¿Cómo se resume globalmente el grado de sincronización de toda la red?
En su forma de campo medio, el modelo de Kuramoto introduce un parámetro de orden, el mismo indicador de sincronización que resume qué tan sincronizada está toda la red cortical: cuanto más sincronizados están los elementos oscilantes de la red cortical entre sí, más alto es este parámetro de orden. El modelo de Kuramoto, ya usado antes para describir la sincronización patológica de la red cortical, reduce cada elemento oscilante de la red cortical a una única variable de fase, con una frecuencia natural propia de ese elemento y un acoplamiento a las demás fases de la red cortical cuya fuerza varía de forma periódica según la diferencia de fase entre los elementos.
ID:7692
Grupo 4: Grupo 4: Oscilaciones excitatorio-inhibitorias
Descripción
¿Cómo genera un circuito excitatorio-inhibitorio un régimen oscilatorio cortical?
Pregunta clave: ¿Cómo genera un circuito excitatorio-inhibitorio un régimen oscilatorio cortical?
A nivel de circuitos, el par excitatorio-inhibitorio del modelo de Wilson-Cowan de la red cortical puede entrar en un régimen oscilatorio, generando por ejemplo un ritmo en la banda gamma de la red cortical. En conjunto, es esta misma red cortical, formada por elementos oscilantes que pueden sincronizarse según el modelo de Kuramoto y por pares excitatorio-inhibitorios que pueden entrar en regímenes oscilatorios según el modelo de Wilson-Cowan, la que genera los ritmos oscilatorios observables macroscópicamente, cuyo acoplamiento entre señales y entre frecuencias distintas organiza temporalmente la actividad de la red cortical completa. La frecuencia de este régimen oscilatorio depende tanto de las constantes de tiempo de las poblaciones excitatoria e inhibitoria de la red cortical como de las fuerzas de conexión recíprocas entre esas dos poblaciones: cuanto más rápidas son las constantes de tiempo y más fuertes son las conexiones recíprocas entre ambas poblaciones, mayor es la frecuencia del régimen oscilatorio de la red cortical.
ID:7693
Grupo 5: Grupo 5: Determinación de la frecuencia oscilatoria
Descripción
¿De qué dependen las frecuencias de los ritmos generados por el circuito excitatorio-inhibitorio?
Pregunta clave: ¿De qué dependen las frecuencias de los ritmos generados por el circuito excitatorio-inhibitorio?
La frecuencia de este régimen oscilatorio depende tanto de las constantes de tiempo de las poblaciones excitatoria e inhibitoria de la red cortical como de las fuerzas de conexión recíprocas entre esas dos poblaciones: cuanto más rápidas son las constantes de tiempo y más fuertes son las conexiones recíprocas entre ambas poblaciones, mayor es la frecuencia del régimen oscilatorio de la red cortical. A nivel de circuitos, el par excitatorio-inhibitorio del modelo de Wilson-Cowan de la red cortical puede entrar en un régimen oscilatorio, generando por ejemplo un ritmo en la banda gamma de la red cortical.
ID:7694
Grupo 6: Grupo 6: Acoplamiento espectral entre señales
Descripción
¿Cómo se cuantifica el acoplamiento entre dos señales corticales en frecuencia?
Pregunta clave: ¿Cómo se cuantifica el acoplamiento entre dos señales corticales en frecuencia?
La coherencia espectral de la red cortical cuantifica el grado de acoplamiento entre dos señales de la red cortical en el dominio de la frecuencia, mientras que el acoplamiento fase-amplitud mide cómo la fase de una oscilación lenta de la red cortical modula la amplitud de una oscilación rápida de esa misma red cortical, un fenómeno relevante para la organización temporal de la actividad cortical.
ID:7695
Grupo 7: Grupo 7: Acoplamiento entre frecuencias
Descripción
¿Cómo organiza una oscilación lenta la amplitud de una oscilación rápida?
Pregunta clave: ¿Cómo organiza una oscilación lenta la amplitud de una oscilación rápida?
La coherencia espectral de la red cortical cuantifica el grado de acoplamiento entre dos señales de la red cortical en el dominio de la frecuencia, mientras que el acoplamiento fase-amplitud mide cómo la fase de una oscilación lenta de la red cortical modula la amplitud de una oscilación rápida de esa misma red cortical, un fenómeno relevante para la organización temporal de la actividad cortical. El modelo de Kuramoto, ya usado antes para describir la sincronización patológica de la red cortical, reduce cada elemento oscilante de la red cortical a una única variable de fase, con una frecuencia natural propia de ese elemento y un acoplamiento a las demás fases de la red cortical cuya fuerza varía de forma periódica según la diferencia de fase entre los elementos.
ID:7696
Grupo 8: Grupo 8: Organización temporal macroscópica
Descripción
¿Qué produce la integración de sincronización, oscilaciones y acoplamientos en la red completa?
Pregunta clave: ¿Qué produce la integración de sincronización, oscilaciones y acoplamientos en la red completa?
La coherencia espectral de la red cortical cuantifica el grado de acoplamiento entre dos señales de la red cortical en el dominio de la frecuencia, mientras que el acoplamiento fase-amplitud mide cómo la fase de una oscilación lenta de la red cortical modula la amplitud de una oscilación rápida de esa misma red cortical, un fenómeno relevante para la organización temporal de la actividad cortical. En conjunto, es esta misma red cortical, formada por elementos oscilantes que pueden sincronizarse según el modelo de Kuramoto y por pares excitatorio-inhibitorios que pueden entrar en regímenes oscilatorios según el modelo de Wilson-Cowan, la que genera los ritmos oscilatorios observables macroscópicamente, cuyo acoplamiento entre señales y entre frecuencias distintas organiza temporalmente la actividad de la red cortical completa. La red cortical está formada por poblaciones de neuronas que, al comportarse como osciladores de fase acoplados entre sí, pueden sincronizar su actividad, generando ritmos oscilatorios observables macroscópicamente en la red cortical: las bandas delta, theta, alfa, beta y gamma.
ID:7697