V Simpósio de Neurociências - 2011
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Projeto:Codificação neuronal de cenas visuais ecologicamente
realísticas
João Vicente Dornasmestrando do Programa de Pós-Graduação em NeurociênciasLaboratório de Neurodinâmica
Sunday 14 August 16
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Imagem adaptada de: Quian Quiroga et al (2009). Nature Rev. Neurosci. 10(3):173-185.
PROBLEMA ATUAL Existe um código neural?Que código é esse?
?
Sunday 14 August 16
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Como interpretar os padrões de atividade neuronal?
CODIFICAÇÃO NEURAL
Quais são os possíveis códigos existentes?
Pela QUANTIDADE de ocorrência de potenciais de ação em uma população de neurônios
3 spikes/s 1 spike/s 2 spikes/s 1 spike/s
Sunday 14 August 16
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Como interpretar os padrões de atividade neuronal?
CODIFICAÇÃO NEURAL
Quais são os possíveis códigos existentes?
Pelo TEMPO PRECISO em que os potencias de ação ocorrem
(ex.: potenciais de ação como uma sequência binária)
0 0 0 11 1 0 1 0 00 0 0 1 0 00 0 1 0 0 0
Sunday 14 August 16
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Como interpretar os padrões de atividade neuronal?
CODIFICAÇÃO NEURAL
Quais são os possíveis códigos existentes?
Pelo padrão de INTERVALOS entre os potenciais de ação
Δt#
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Como interpretar os padrões de atividade neuronal?
CODIFICAÇÃO NEURAL
Quais são os possíveis códigos existentes?
Pelo SINCRONISMO entre neurônios
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G(x, y,t) = G0 1+ C sin 2π fs (x cosθ + ysinθ) − 2π ft[ ]{ }
Luminância (G0)?
Contraste (C)?
Frequência espacial (fs)?
Frequência temporal (ft)?
Direção de movimento (Θ,ft)?
Velocidade (ft/fs)?
Tamanho do Campo Receptivo (x,y)?
CENA VISUAL Estímulos artificiais
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Estímulo Resposta
G(x, y,t) = G0 1+ C sin 2π fs (x cosθ + ysinθ) − 2π ft[ ]{ }
200 ms
300
µV
f(S|R)
Luminância (G0)?
Contraste (C)?
Frequência espacial (fs)?
Frequência temporal (ft)?
Direção de movimento (Θ,ft)?
Velocidade (ft/fs)?
Tamanho do Campo Receptivo (x,y)?
CENA VISUAL Estímulos artificiais
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.25 .5 1 2 4 8Spatial Frequency (cycles/˚)
Tem
pora
l Fre
quen
cy (H
z)
.25
.5
8
1
2
4
CENA VISUAL Estímulos artificiais
Freq
uência+Tem
poral+(Hz
)+
Frequência+Espacial+(ciclos/°)+
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25 sp/s
4s.25 .5 1 2 4 8
Spatial Frequency (cycles/˚)
Tem
pora
l F
requency (
Hz)
.25
.5
8
1
2
4
A
Spatial Frequency (cycles/˚)
Te
mp
ora
l F
req
ue
ncy (
Hz)
.25 .5 1 2 4 8
.25
.5
1
2
4
8
0 5 10 15 20 25 30Response (sp/s)
0 30
sp/s
stt019a02_2b
0
30
sp/s
B
Pinto & Baron (2009) J. Eur. Neurosci. 30:1251-1268
CENA VISUAL Estímulos artificiaisFreq
uência+Tem
poral+(Hz
)+
Freq
uência+Tem
poral+(Hz
)+
Frequência+Espacial+(ciclos/°)+
Frequência+Espacial+(ciclos/°)+
Resposta((sp/s)(
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CENA VISUAL Estímulos cenas naturais (realísticas)
Cenas naturais estimulam as vias neurais visuais em toda sua complexidade
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EXEMPLO DE EXPERIMENTO
Estímulos mais dinâmicos
VELOCIDADE CONSTANTE
VELOCIDADE VARIÁVEL
Experimento realizado em: Ruyter Van Steveninck et al (1997). Science 275(5307):1805–1808.
Estímulo Estímulo
Trilhas de Potenciais de Ação Trilhas de Potenciais de AçãoVelocidade
)
Velocidade
)
Repe
$çõe
s(
Repe
$çõe
s(
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O PROJETO Etapa Experimental: animal
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O PROJETO Etapa Experimental: animal
visão superior visão lateral
1cm
Wulst
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O PROJETO Etapa Experimental: estímulo realístico
Ohayon, S. et al. (2008). Biological Cybernetics, 98(2), 115–132.
Sunday 14 August 16
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O PROJETO Etapa Experimental: estímulo realístico
?Trilhas de Potenciais de Ação Trilhas Invertidas Temporalmente
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O PROJETO Etapa Teórica Computacional
Teoria da InformaçãoMétodo Metric Space (Victor & Purpura)
0
1
2Δt#
Sa
Sb
Dspike[q] Sa,Sb( ) = K Sj−1,Sj( )j=1
2
∑
K S0,S1( ) =1
K S1,S2( ) = qΔt
q ≈ s−1
0 ≤ q ≤1000
Sunday 14 August 16
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O PROJETO Etapa Teórica Computacional
Teoria da InformaçãoMétodo Metric Space (Victor & Purpura)
Matriz'de'Distância'
Trilha'de'Potenciais'de'Ação'
Trilha'de
'Poten
ciais'd
e'Ação'
Repe
$ção(
Tempo&(s)&
classes de estímulos
classes de respostas
sα = s1, s2,..., sCrβ = r1, r2,..., rC
Reich, D S. et al. (2001). Journal of Neurophysiology, 85 (1), 305–318.
Sunday 14 August 16
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O PROJETO Contribuição Esperada
Imagem adaptada de: Quian Quiroga et al (2009). Nature Rev. Neurosci. 10(3):173-185.
Sunday 14 August 16
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FIM!
Obrigado pela atenção!
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