Information processing in the cortex: the relevance of coherent oscillations for neuronal communication

Author

Buehlmann, Andrés

Director

Deco, Gustavo

Date of defense

2010-07-20

ISBN

9788469383018

Legal Deposit

B.40474-2010



Department/Institute

Universitat Pompeu Fabra. Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions

Doctorate programs

Programa de doctorat en Tecnologies de la Informació i les Comunicacions

Abstract

Les oscil·lacions d'activitat neuronal són un fenomen omnipresent a l'escorça cerebral. La funció d'aquestes oscil·lacions, però, no està clara. ¿Són només un epifenomen de les elevades taxes de descàrrega de potencials d'acció, o representen un procés fonamental? Per tal d'aclarir aquesta qüestió, en aquest treball hem aplicat models computacionals basats en xarxes neurobiològicament plausibles per tal d'investigar alguns dels resultats experimentals recents més rellevants. Primerament, estudiem la rellevància de les oscil·lacions en processos d'atenció i després en un context més general de teoria d'informació. Els resultats donen suport a la idea que les oscil·lacions representen un mecanisme independent. Demostrem que l'atenció modula les oscil·lacions gamma de manera independent de la taxa de descàrrega de potencials d'acció. També es mostra que la transmissió d'informació entre àrees corticals depèn tant de la fase com de la potència espectral de les oscil·lacions. A més, la velocitat amb què es produeix aquesta transmissió d'informació augmenta en funció de la potència espectral en bandes de freqüències específiques. Aquests resultats suggereixen que les oscil·lacions representen un mecanisme biològicament plausible per mitjançar les interaccions entre àrees cerebrals i, per tant, per establir un vincle entre activitat neuronal i comportament.


Oscillatory neuronal activity is an omnipresent phenomenon in the cerebral cortex. However, the actual function of these oscillations remains unclear. Are they just an epiphenomenon of elevated firing rates or do they represent a fundamental process on their own? Based on experimental work, we apply computational modeling to address this question. We first study the role of oscillations in attentional processes and then in a more general, information theoretical context. Our results support the idea that oscillations represent an independent mechanism. In particular, we show that attention modulates gamma oscillations independently of rates and that the flow of information between brain areas depends both on the phase and on the spectral power of oscillations. Moreover, we show that the speed of information exchange increases as a function of spectral power in specific frequency bands. Taken together, these results suggest that oscillations are a mechanism employed by the brain to control actual interactions between brain areas and thus likely have a link to behavior.

Keywords

information transmission; attention; computacional model; synchronization; oscillations; transmissió d'informació; atenció; models computacionals; sincronització; oscil·lacions

Subjects

62 - Engineering. Technology in general

Documents

tab.pdf

1.650Mb

 

Rights

ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.

This item appears in the following Collection(s)