E9 Oscilações e sincronização neuronal

Tópico

A rede cortical é composta por populações de neurônios que, ao se comportarem como osciladores de fase acoplados, podem sincronizar sua atividade, gerando ritmos oscilatórios macroscopicamente observáveis ​​na rede cortical: as bandas delta, teta, alfa, beta e gama.

O modelo de Kuramoto, anteriormente utilizado para descrever a sincronização patológica da rede cortical, reduz cada elemento oscilante da rede cortical a uma única variável de fase, com uma frequência natural específica para esse elemento e um acoplamento com as outras fases da rede cortical cuja intensidade varia periodicamente de acordo com a diferença de fase entre os elementos. Em sua forma de campo médio, o modelo de Kuramoto introduz um parâmetro de ordem, o mesmo indicador de sincronização que resume o grau de sincronização de toda a rede cortical: quanto mais sincronizados os elementos oscilantes da rede cortical estiverem entre si, maior será esse parâmetro de ordem.

No nível do circuito, o par excitatório-inibitório do modelo de Wilson-Cowan da rede cortical pode entrar em um regime oscilatório, gerando, por exemplo, um ritmo na banda gama da rede cortical. A frequência desse regime oscilatório depende tanto das constantes de tempo das populações excitatórias e inibitórias da rede cortical quanto da força das conexões recíprocas entre essas duas populações: quanto mais rápidas as constantes de tempo e mais fortes as conexões recíprocas entre as duas populações, maior a frequência do regime oscilatório da rede cortical.

A coerência espectral da rede cortical quantifica o grau de acoplamento entre dois sinais na rede cortical no domínio da frequência, enquanto o acoplamento fase-amplitude mede como a fase de uma oscilação lenta na rede cortical modula a amplitude de uma oscilação rápida nessa mesma rede cortical — um fenômeno relevante para a organização temporal da atividade cortical.

Em suma, é essa mesma rede cortical, formada por elementos oscilatórios que podem ser sincronizados de acordo com o modelo de Kuramoto e por pares excitatórios-inibitórios que podem entrar em regimes oscilatórios de acordo com o modelo de Wilson-Cowan, que gera os ritmos oscilatórios macroscopicamente observáveis, cujo acoplamento entre sinais e entre diferentes frequências organiza temporalmente a atividade de toda a rede cortical.

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