Neurociencia cognitiva Sesión 8 Atención Tao Coll Martín Neurociencia cognitiva Un artículo que trata de describir la composición y funcionamiento del control top-down de un enfoque integrador o novedoso el control top-down se podía entender como la vía dorsal del modelo que ha expuesto Vicente (la parte de control) Ejemplo de discoteca propuesta de fiesta

Propuesta central El cerebro implementa control top-down en base a principios comunes a los sistemas complejos Aquí está la esencia del artículo. La aproximacion o lo que busca demostrar el artículo Un sistema complejo está compuesto por elementos interconectados, tiene varios niveles, surgen propiedades emergentes

Propuesta central Sistemas complejos El cerebro implementa control top-down en base a principios comunes a los sistemas complejos Sistemas complejos Existen muchos tipos de sistemas complejos en la naturaleza: nombrar Otros sistemas de telecomunicación informática Sistema ferroviario, de autobuses…

Propuesta central Sistemas complejos El cerebro implementa control top-down en base a principios comunes a los sistemas complejos Sistemas complejos El cerebro, ES UNO DE ELLOS, quizá el más complejo, pero uno de ellos Entonces  Lógica del artículo o aproximación Partiendo de la base de que hay principios generales que rigen los sistemas complejos Vamos a aplicar esos principios a la comprensión del funcionamiento del sistema cerebral, el cual, como sistema complejo, se debería de regir por esos mismos principios Digo sistema cerebral, pero sería concretamente el control top-down (un sistema cognitivo de alto nivel) Fijáos la hipótesis de la que parten ee

Índice Principios de organización de sistemas complejos Descripción de redes y funciones implicadas en el control top-down Modelo de redes duales y principio i) Estructura de la comunicación funcional y principio ii) En primer lugar, vamos a ver qué principios siguen Saldrán dos principios que se va a analizar si se dan en el cerebro y si eso contribuye a explicar las redes del control top down Se expondrá las redes de t-d y luego se analizará

Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Sistemas complejos Adaptables a cambios Resilientes a perturbaciones ¿cómo hacen los sistemas complejos para sobrevivir? Son dos propiedades Ejemplo de una metrópolis: pues va adaptándose para incorporar nuevas vías, industrias La que no pues no sobrevivie, se queda obsoleta

Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Sistemas complejos Adaptables a cambios Resilientes a perturbaciones ¿Cómo? Cómo lo hacen?

Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Sistemas complejos Adaptables a cambios Resilientes a perturbaciones ¿Cómo? Niveles y subniveles Principios generales Son muchos principios pero 2 a los que recurren los autores Se van a explicar Se van a usar como aproximación a la organización del sis. cerebral en esta expo Quedaros con estos dos principios porque son la clave con la que se va a analizar el artículo. Son como las hipótesis i) Múltiples mecanismos de control ii) Arquitectura de eficientes redes small-world

Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) i) Múltiples mecanismos de control [Cantidad: Regla de la mano] Separados Distintas funciones Operan en distintos momentos Acción rápida Cambios lentos Ejemplo del bosque Rapidos hojas Lentos crecimiento

Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) i) Múltiples mecanismos de control [Cantidad: Regla de la mano] Estable y flexible Ventajas Separados Distintas funciones Operan en distintos momentos Acción rápida Cambios lentos Resiliencia a perturbaciones Empezar por cantidad Decir que en el caso del control t-d van a analizar 2 Estable y flexible por el hecho de que haya distintos modos de operar como ejemplo bosque Ejemplo sentido equilibrio: vesibular; visual y sensores periféricos de posición Si se viene abjao uno no afecta tanto porque están los otros

Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) ii) Arquitectura de eficientes redes small-world La eficiencia de las redes depende de la estructuración de las conexiones entre nodos Nodos = 22 Líneas = 52 Decir que funcional (no anatómico) Volvemos a TEORÍA DE GRAFOS Aquí viene una pregunta pa el público: ¿Partiendo del mismo número de nodos y líneas? ¿cuál de las 3 redes es más eficiente? Es decir que estructura de conexión Definir eficiencia (pros. i. menos coste temporal economico energetico Y POR QUE LO ES? [edges] Reticulada Small-world Aleatoria

Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) ii) Arquitectura de eficientes redes small-world La eficiencia de las redes depende de la estructuración de las conexiones entre nodos Nodos = 22 Líneas = 52 Explicar medidas : (se saben mediante matemáticas) CP Coeficiente de clusterirzación. Agrupación de cluster (zonas de densidad de nodo y conexiones interconectados todos Mide con los vecinos de un nodo que también sean vecinos entre sí. Tener mucho es bueno  + eficiencia LP  Path lengt. Longitud de trayectoria. Número de paradas (escalas que tiene que hacer para ir de un sitio a otro) Cuanto menos tenga mejor  + eficiencia Explicar ventajas e inconvenientes de cada formación: con autobuses a) Muchas paradas (ej. pa ir a Madrid) b) Tiene varios clusters dentro de misma zona (DENSIDAD) (pero luego, algunos poco que conectan distintas zonas de largo alcance llamados ATAJOS (ej. LAC) Dar cuenta de que se han movido muy pocas conexiones con respecto al otro c) No vale pa na. Tiene conexiones largas pero no se forman clusteres entonces na [edges] Reticulada Small-world Aleatoria CP LP CP LP CP LP

Descripción: redes y funciones implicadas Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Rs-fcMRI Teoría de grafos e ICA Ejemplo de implementación r ≥ .15 Una vez que se han expuesto los dos principios (multiples sis. y small-world organización), vamos a tratar de articularlos y ver de que modo se dan, si es que se dan, en el control t-d Aquí esto no lo he incluido, pero decir que primeramente ha habido zonas en resonancia magnética que estaban asociadas con el control. Hablar de la técnica empleada Umbral de correlación Ejemplo de implementación: Clase de alumnos que hacen trabajo Se pone un periodo de tiempo y se analizan interacciones Luego se ve media de correlación DEN CUENTA DE: CLUSTERIZACION REGIONES DE LARGO ALCANCE QUE SON LOS PROFES

Descripción: redes y funciones implicadas Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Rs-fcMRI Teoría de grafos e ICA Ejemplo de implementación r ≥ .15 Implementando esto en los sistemas de control top down se obtiene el siguiente patrón en reposo es funcional no anatómica Nodos  ROI Edges  Conectividad Grosor líneas es r de correlación Este gráfico se desarrolla en función a la correlación en reposo como se ha dicho Decir 2 sistemas identificados Cerebelo no clasifican como sistema independiente, sino que une

Descripción: redes y funciones implicadas Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Rs-fcMRI Teoría de grafos e ICA Ejemplo de implementación r ≥ .15 La correspondencia en el cerebro de las áreas son las de la derecha Se corresponden con el INTERIOR de los círculos

Descripción: redes y funciones implicadas Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Rs-fcMRI Teoría de grafos e ICA Ejemplo de implementación r ≥ .15 Mantenimiento del set Por último, la función de cada nodo y circuito corresponde con la parte de afuera del círculo Ya estamos hablando de control top-down, tendría estas tres funciones principales Mantenimiento  Circuitos y ejemplo Conducción normal, tienes tus claves incorporadas en el set

Descripción: redes y funciones implicadas Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Rs-fcMRI Teoría de grafos e ICA Ejemplo de implementación r ≥ .15 Mantenimiento del set Inicio y ajuste Inicio y ajuste: Circuito que abarca Pues abarca desde comenzar la conducción a solventar cualquier imprevisto en el que tengas que ajustar tu conducta ante algo inesperado Aquí una roca

Descripción: redes y funciones implicadas Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Rs-fcMRI Teoría de grafos e ICA Ejemplo de implementación r ≥ .15 Mantenimiento del set Inicio y ajuste Error-related Último componente de control Relacionado con el cerebro y si os fijais con parte de ambos circuitos , se habla de cuando no hay más remedio y se produce error ESTO DA y recibe FEEDBACK del SISTEMA DE CONTROL Optimiza el sistema

Descripción: redes y funciones implicadas Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Funcionamiento paralelo de las redes de control Ambas redes involucradas en ambos tipos de control pero con diferente propósito Mantenimiento información Feedback (e-r): implementación Ajuste La división anterior es algo superficial y necesita ser afinada: Aquí se integra la idea de la doble red en un procesamiento en paralelo Desde esta perspectiva AMBAS REDES ESTÁN IMLICADAS EN MANTINEMIENTO Y AJUSTE PERO DE DISTINTO MODO

Descripción: redes y funciones implicadas Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Funcionamiento paralelo de las redes de control Ambas redes involucradas en ambos tipos de control pero con diferente propósito Mantenimiento información Feedback (e-r): implementación Ajuste Explicar por funciones: Mantenimeinto la red frontoparietal va ensayo a ensayo La otra relación con TOMA DE DECISIONES. OBJETIVO FIN vs MEDIO o FIN VS META-FIN O FIN DE LA CONDUCTA vs FIN DE LA TAREA Ajuste: La primera intervenire mejor FEEDBACK: del CEREBELO. UNA LO INCOPORA DIRECTAMENTE y otra más futuro EJEMPLACO: CUANDO EL HOMBRE ESQUIVA LA PIEDRA EN LA CARRETERA, LA RED FRONTOPARIETAL HARÁ QUE SE IMPLEMENTE UN CONTROL PARA ESQUIVAR ESA PIEDRA, ASÍ COMO LAS PRÓXIMAS PIEDRAS DE ESE TRAYECYO EL CINGULO OPERCULAR- SI PASA POR AHÍ EN UN FUTURO, YA INCORPORARÁ AL SET DE TAREA UN CONTROL PARA PREVENIR ESOS CONTRATIEMPOS Ensayo-ensayo (cue-target) Fronto-parietal Rápido e inmediato (accesible) Siguiente ensayo Cíngulo-opercular Tarea completa (objetivo tarea) Estable menos accesible Futura tarea

Modelo de redes duales (principio i) Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Evidencias a favor del modelo dual (vs. unitario) y del principio i) i) Múltiples mecanismos de control Disociación funcional: Lesiones en PFC en macacos afectan a ajuste pero no a mantenimiento (Rossi et al., 2007) Importancia de varios mecanismos para la resiliencia Disociación citoarquitecónica: Presencia de von Economo neurons solo el circuito cíngulo-opercular: Grandes de rápida comunicación Presente en primates y algunos cetáceos y, especialmente en humanos (filogenéticamente recientes) Puede explicar nuestras conductas estables orientadas a metas Posible evidencia conductual (Soet et al., 2003)  Doble disociación flexibilidad e interferencia Aunque a lo largo de todo el artículo se ha ido dejando caer que el principio se cumple, aquí el autor deja caer algunas evidencias vinculándaolas de manera más directa Primera afecta a concepto unitario de control Segunda : Recordemos que cíngulo-opercular está más relacionada con estabilidad y mantenimiento Están en varias regiones del circuito no solo en algunas Nuestra vs. animales Estudio: Compara hombres con animales en task-swidicht con interferencia Quién creeis que tiene más efecto de: Interferencia y cambio de tarea?

Modelo de redes duales (principio i) Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Evidencias a favor del modelo dual (vs. unitario) y del principio i) i) Múltiples mecanismos de control Disociación funcional: Lesiones en PFC en macacos afectan a ajuste pero no a mantenimiento (Rossi et al., 2007) Importancia de varios mecanismos para la resiliencia Disociación citoarquitecónica: Presencia de von Economo neurons solo el circuito cíngulo-opercular: Grandes de rápida comunicación Presente en primates y algunos cetáceos y, especialmente en humanos (filogenéticamente recientes) Puede explicar nuestras conductas estables orientadas a metas Posible evidencia conductual (Soet et al., 2003)  Doble disociación flexibilidad e interferencia Esto fue tras entrenamiento. Monos en rallado y humanos en blanco Bueno se ve una disociación que parece que Como planificamos y hacemos tareas más orientadas a metas, podemos aprender a reducir interferencia aunque eso tenga un coste en cambio de tarea Los monos no tienen ese efecto porque nunca cogieron el enfoque más global de tarea

Estructura de com. funcional (principio ii) Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Evidencias a favor de small-world (vs. reticulado) y del principio ii) ii) Arquitectura de eficientes redes small-world Modelo jerarquizado Además de inconsistente, menos eficiente que small-world O’Reilly (2010) Modelo inconsistente con conectividad funcional de ambos circuitos (small-world network)

Doble patrón de maduración de la conectividad funcional Principios de sis. complejos Descripción: redes y funciones implicadas Modelo de redes duales (principio i) Estructura de com. funcional (principio ii) Evidencias a favor de small-world (vs. reticulado) y del principio ii) ii) Arquitectura de eficientes redes small-world Fair et al., 2007 Un último estudio es el que hemos visto más de una vez que compara patrón de conectividad funcional Como sabemos se caracteriza por DISTALES Pero los autores demuestran que Algunas conexiones se hacen más proximales y otras más distales Más small world Doble patrón de maduración de la conectividad funcional

Conclusiones Cumplimiento de principios de sistemas complejos en control top-down: Múltiples mecanismos de control (vs. entidad única) Arquitectura de eficientes redes small-world (vs. jerarquía o retícula) Relevancia de considerar no solo el conectoma estructural, sino también el funcional Importancia de diferencias individuales (desarrollo, patologías, etc.) Difernecias individuales. Reflexión de siempre

por su atención En primer lugar, vamos a ver qué principios siguen