E9 Oscilaciones y sincronizacion neuronal

Tópico

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.

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 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.

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. 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.

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.

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