Sincronización sensomotora en humanos : modelos matemáticos y experimentos

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La representación de la información temporal es uno de los tópicos más elusivos en la neurobiología. La percepción y la producción del tiempo en el rango que abarca cientos de milisegundos, conocido como millisecond timing, es crucial para el control motor, producción y reconocimiento del habla, mús...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Bavassi, Mariana Luz
Otros Autores: Laje, Rodrigo
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2013
Materias:
PROCESAMIENTO TEMPORAL
SINCRONIZACION
FINGER TAPPING
DINAMICA NO LINEAL
ELECTROENCEFALOGRAMA
TIME PRODUCTION
SYNCHRONIZATION
NONLINEAR DYNAMICS
EEG
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5383_Bavassi
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description La representación de la información temporal es uno de los tópicos más elusivos en la neurobiología. La percepción y la producción del tiempo en el rango que abarca cientos de milisegundos, conocido como millisecond timing, es crucial para el control motor, producción y reconocimiento del habla, música y baile, y secuenciación rápida de operaciones cognitivas como la actualización de memoria de trabajo. La sincronización sensomotora es uno de los comportamientos paradigmáticos en el millisecond timing. La sincronización de un movimiento a un ritmo, como aplaudir al ritmo de la música, parece ser una tarea sumamente sencilla que demanda poco esfuerzo cognitivo. Sin embargo, involucra maquinaria cerebral compleja de funciones distribuidas y circuitos neuronales cuyas funciones abarcan desde potenciales motores básicos hasta procesamientos temporales complejos. Una de las tareas más simples para estudiar este comportamiento es la de finger tapping, donde una persona aprieta un botón en forma sincronizada con un estímulo externo, como siguiendo el pulso de la música. Prácticamente todas las personas pueden lograr una sincronización promedio a un est ímulo externo, lo que dice que debe haber un mecanismo activo con una mínima regla determinista para la corrección del error de sincronía. En este trabajo de tesis se propuso un nuevo modelo matemático para el mecanismo de corrección del error. El modelo tiene en cuenta los tres tipos de perturbaciones de finger tapping más comunes en igualdad de condiciones, prediciendo la evolución de las asincronías después de todos los tipos y magnitudes de perturbación con un solo conjunto de parámetros y un número fijo de términos. El modelo propuesto se puso a prueba frente a un experimento puramente comportamental, donde quedó demostrada la importancia de la inclusión de términos no lineales. Más aún, el módelo sirvió como guía en la búsqueda de estructuras en dos experimentos de sincronización donde se capturaron los potenciales evocados con electroencefalograma (EEG) de alta resolución. Haciendo uso del Análisis de Componentes Principales, se pudo determinar los marcadores neurofisiológicas que codifican las asincronías (diferencias de tiempo entre las respuestas y los estímulos), así como que al menos 300ms son necesarios para la evaluación de los errores y la determinación de la respuesta futura.
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La sincronización de un movimiento a un ritmo, como aplaudir al ritmo de la música, parece ser una tarea sumamente sencilla que demanda poco esfuerzo cognitivo. Sin embargo, involucra maquinaria cerebral compleja de funciones distribuidas y circuitos neuronales cuyas funciones abarcan desde potenciales motores básicos hasta procesamientos temporales complejos. Una de las tareas más simples para estudiar este comportamiento es la de finger tapping, donde una persona aprieta un botón en forma sincronizada con un estímulo externo, como siguiendo el pulso de la música. Prácticamente todas las personas pueden lograr una sincronización promedio a un est ímulo externo, lo que dice que debe haber un mecanismo activo con una mínima regla determinista para la corrección del error de sincronía. En este trabajo de tesis se propuso un nuevo modelo matemático para el mecanismo de corrección del error. El modelo tiene en cuenta los tres tipos de perturbaciones de finger tapping más comunes en igualdad de condiciones, prediciendo la evolución de las asincronías después de todos los tipos y magnitudes de perturbación con un solo conjunto de parámetros y un número fijo de términos. El modelo propuesto se puso a prueba frente a un experimento puramente comportamental, donde quedó demostrada la importancia de la inclusión de términos no lineales. Más aún, el módelo sirvió como guía en la búsqueda de estructuras en dos experimentos de sincronización donde se capturaron los potenciales evocados con electroencefalograma (EEG) de alta resolución. Haciendo uso del Análisis de Componentes Principales, se pudo determinar los marcadores neurofisiológicas que codifican las asincronías (diferencias de tiempo entre las respuestas y los estímulos), así como que al menos 300ms son necesarios para la evaluación de los errores y la determinación de la respuesta futura. The representation of time is one of the most elusive topics in neurobiology. Time perception and production in the range of hundreds of milliseconds, known as millisecond timing, is crucial for motor control, speech production and recognition, music and dancing, and rapid sequencing of cognitive operations such as updating working memory. The sensorimotor synchronization is a paradigmatic behavior in millisecond timing. The synchronization of a movement to a rhythm, like clapping to the music, seems to demand little cognitive effort. However, this task involves complex brain machinery of distributed functions and neuronal circuits that include classical motor potentials and complex temporal processes. Finger tapping is one of the simplest ways to study this behavior, where a subject taps in synchrony with an external stimulus, as when keeping pace with music. Almost everybody can achieve average syncronization to an external stimulus, and therefore there must be an active mechanism with a minimal deterministic rule for error correction. This thesis proposed a new mathematical model for the error correction mechanism. The model takes into account the three most common types of perturbations of finger tapping on equal terms, and predicts the evolution of the asynchronies after all perturbation types and magnitudes with a single set of parameters and a fixed number of terms. The proposed model was tested in a behavioral experiment, which demonstrated the importance of including nonlinear terms. Moreover, the model was used as guide in the search for structures in two experiments of synchronization where evoked potentials were recorded with a high-resolution electroencephalogram (EEG). Principal Component Analysis unveiled the neurophysiological markers encoding the asynchronies (differences between response occurrence and stimuli occurrence), and allowed us to determine that error evaluation and future response determination are performed during at least the first 300 ms after each stimulus. Fil: Bavassi, Mariana Luz. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2013 info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/publishedVersion application/pdf spa info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5383_Bavassi

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