Complejidad de patrones dinámicos en oscilaciones estocásticas corticales

Abstract

This work presents the results of the study of two dynamical parameters from cortical stochastic oscillations in time series of a 40-subjects group of healthy adults in resting state (RS): normalized permutation entropy (H) and statistical complexty (C). 190 signals from different cortical regions of interest (ROI) were analyzed in four frequency bands broadly used in neuroscience, especially alpha band due to its high association with RS. Through symbolic representation, ordinal patterns distribution is obtained for each signal, and it is used to compute the statistics H and C in different frequency bands. A relationship between these parameters, frequency bands and observation dimension (D) was observed, as well as an spatial clustering is revealed for the ROI with greater dynamic parameter values in different lobes. Furthermore to the objectives of this work, the clustering coeficient was computed as a measure of centrality of functional networks obtained for each frequency band. A high dynamic and topological parameter values are observed in occipital and parietal lobes for alpha frequency band revealing relevant cortical activity in such regions of high cognitive processing during ER. A potential linear relationship between dynamics and structure through H and clustering coeficient was explored. It was concluded the absense of such relationship between these parameters globally and discriminated by cortical lobe.

En el presente trabajo se exponen los resultados del estudio de dos parámetros dinámicos de oscilaciones estocásticas corticales en mediciones realizadas a 40 sujetos sanos en estado de reposo (ER): la entropía de permutación normalizada (H) y la complejidad estadística (C). Se estudian 190 series de tiempo de diferentes regiones de interés (ROI) de la corteza cerebral para cuatro bandas de frecuencia ampliamente trabajadas en neurociencia, especialmente la banda alpha, debido a su alta asociación al ER. Por medio de la representacion simbólica se obtiene la distribución de los patrones de orden de cada serie, a partir de las cuales se computan los estadísticos H y C en las bandas de frecuencia. Se observa una relación entre los parámetros dinámicos respecto a la banda de frecuencia, la dimensión de observacion (D) y la concentración espacial de las ROI que tienen mayores valores en los parámetros dinámicos asociando lobulos corticales específi cos en cada banda de frecuencia. Adicionalmente a los objetivos de esta tesis, se explora el parámetro estructural del coe ficiente de agrupamiento como medida de centralidad de las redes funcionales obtenidas para cada banda de frecuencia. La banda de frecuencia alpha exhibe altos valores de parámetros dinámicos y topólogicos en los lóbulos occipital y parietal, revelando la existencia de actividad cortical relevante en dichas regiones durante ER. Además, se estudia la posible existencia de una relación lineal entre la dinámica y estructura, representadas en el parámetro H y el coe ficiente de agrupamiento. Se determina así, una ausencia de relaciones lineales entre ambos parámetros a nivel general al discriminar por lóbulo cortical.