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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
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
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
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
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#
Sunday 14 August 16
Como interpretar os padrões de atividade neuronal?
CODIFICAÇÃO NEURAL
Quais são os possíveis códigos existentes?
Pelo SINCRONISMO entre neurônios
Sunday 14 August 16
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
Sunday 14 August 16
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
Sunday 14 August 16
.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/°)+
Sunday 14 August 16
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)(
Sunday 14 August 16
CENA VISUAL Estímulos cenas naturais (realísticas)
Cenas naturais estimulam as vias neurais visuais em toda sua complexidade
Sunday 14 August 16
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(
Sunday 14 August 16
O PROJETO Etapa Experimental: animal
Sunday 14 August 16
O PROJETO Etapa Experimental: animal
visão superior visão lateral
1cm
Wulst
Sunday 14 August 16
O PROJETO Etapa Experimental: estímulo realístico
Ohayon, S. et al. (2008). Biological Cybernetics, 98(2), 115–132.
Sunday 14 August 16
O PROJETO Etapa Experimental: estímulo realístico
?Trilhas de Potenciais de Ação Trilhas Invertidas Temporalmente
Sunday 14 August 16
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
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
O PROJETO Contribuição Esperada
Imagem adaptada de: Quian Quiroga et al (2009). Nature Rev. Neurosci. 10(3):173-185.
Sunday 14 August 16
FIM!
Obrigado pela atenção!
Sunday 14 August 16