Natureza complementar da ação conjunta~individual: Assinaturas neurais de comportamento...

Natureza complementar da ação Natureza complementar da ação

conjunta~individual: conjunta~individual:

Assinaturas neurais de comportamento Assinaturas neurais de comportamento

intrínseco em uma tarefa de coordenação intrínseco em uma tarefa de coordenação

socialsocial

Daniela BenitesDaniela Benites

William B. GomesWilliam B. GomesOrientadorOrientador

Novembro, 2009Novembro, 2009

Human Brain and Behavior Laboratory

Center for Complex Systems and Brain Sciences

Human Brain and Behavior Laboratory

Center for Complex Systems and Brain Sciences

• Paradigma teórico-empírico

• Psicologia

• Pôster

– Análise 1: Comportamento– Análise 2: Cérebro

• Resultados

www.ufrgs.br/museupsi/

Museu virtual

www.ccs.fau.edu

Três Pressupostos

1. Propriedades psicológicas são fatos existentes em seu próprio mérito

2. Propriedades psicológicas são explicadas por níveis ontológicos

3. Pesquisa comprometida com o avanço crítico do conhecimento

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Sistemas Complexos

Sinergética

Dinâmicas de Coordenação

Sistemas Dinâmicos

Leis de Coordenação (Fisiologia comportamental)

grande n de elementos

regras simples

sem controlecentral

padrões de comportamento organizados

e difíceis de predizer

Comportamento coletivo complexo

Sistemas Complexos

Comportamento coletivo complexo

Produção e utilização contínua de informação Sinalização e processamento de informação

Mudanças no comportamento aumentam as chances de sobrevivência ou sucesso

Adaptação

Pro

pri

edad

es c

om

un

s

(Mitchell, 2009)

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Sistemas Dinâmicos

Formalização matemáticaClasse de sistemas

Mudam de comportamento com o tempo

Teoria e métodoAcessa a descrição e a predição da mudança

Modelos quantitativosDescrições das mudanças Tipos de mudanças Tipos de predições possíveis

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Sinergéticao Campo interdisciplinar para estudo

sistemático da auto-organização

(Haken, 1969)

o Estruturas, processos ou funções

o Explica a emergência auto-organizada de novas qualidades em sistemas materiais ou imateriais

Propriedades coordenativas de osciladores neurais: Ritmo e sincronização das barbatanas dos peixes

1. Coordenação absoluta – tendência de um oscilador manter um ritmo

estacionário (respiração, mastigação e corrida)

2. Tendência para sincronização– efeito que um oscilador exerce sobre outro de

freqüência diferente, como se fosse magneticamente puxado e acoplado a sua própria freqüência.

Erich von Holst (1908-1962)Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain

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Coordenação absoluta + Sincronização =

Coordenação relativa

número infinito de acoplamentos

variáveis

Dinâmicas de Coordenação

Considerando um sistema com vários níveis emergência e auto-organização

É possível quantificar relações

Onde encontrar coord. absoluta + tendência sinc = coord. Relativa?

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Sistemas

Dinâmicos

Fisiologia

Comport.

Sistemas

Complexos

Problema inicial: Como acessar o cérebro de humanos:

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= - a sin - 2b sin (2) + Qt

ACOPLAMENTOQUEBRA DE SIMETRIA

FLUTUAÇÕES

2

0

-2

2

0

-2

2

0

-2

multiestabilidade

metaestabilidade

transições

2 2

2 2

2 2

Lei elementar de coordenação

Integração~ Integração~ SegregaçãoSegregação

IntegraçãoIntegração

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Quantifica e analisa relações - base sinergética

Haken-Kelso-Bunz (HKB) Model - 1985

Formalizou observações da dinâmica de coordenação bimanual em humanos.

Dinâmicas de Coordenação

Sistemas Dinâmicos

Sinergética

A equação reflete características fundamentais de auto-organização de movimento - multiestabilidade, transições de fase e histerese (Kelso, 2008).

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Leis de gravidade, velocidade e massa explicam movimento de corpos no espaço.

Leis de coordenação explicam acoplamento entre elementos nos sistemas e entre diferentes sistemas.

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Dinâmicas de Coordenação

Procura por leis dinâmicas de comportamento coordenado nos seres vivos e entre eles

(Kelso, 2005)

Objetiva descrever, explicar e predizer como padrões de coordenação são formados, adaptam-se, persitem, desintegram-se e mudam

1. Seres vivos são sistemas abertos em não-equilíbrio: estão em constante e necessária interação com o meiobase para a ênfase na coordenação

enquanto meio de entedimento desses sistemas.

2. Todo comportamento é um padrão coordenado que emerge do modo como o organismo interage com o meiona troca de energia, matéria e/ou qualquer

outro tipo de informação

Tradição em Psicologia Funcional

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3. Durante interações, os estados internos preferíveis são naturalmente mais usados e preservadosdando origem a estruturas específicas que

nutrem funções específicas.

4. Esta co-dependência entre meio interno e externo é o princípio da auto-organizaçãoque explica a formação de padrões em

sistemas abertos em não-equilíbrio, a partir de trocas espontâneas, sem o uso de códigos.

PsicologiaNíveis ontológicos

Cultural

Social Organizacional

Interacional

Psicológico

Biológico

Físico-químico

Simbólico

Não simbólico

(Adaptado de Wiley, 1996, p. 146)

Self Semiótico

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Psicologia padrão dinâmico (macroestado)

que emerge da auto-organização entre ontologias simbólicas e não-simbólicas.

Psicologia e Dinâmicas de Coordenação

Outro

Ecossistema

Si-mesmo

Episteme

Psicologia Simples

Psicologia

Intelecto

Vontade

Emoção

Ambivalência Moralidade

Ética

Autoconsciência

Costume

Moral

Epistemologia

Gnosiologia

(Gomes, no prelo)

Sociabilidade

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Psicologia e Dinâmicas de Coordenação

Consciência auto-organização entre organismo e meio

Volição movimento “ratio”

auto-organização self e outro

intelecto

emoção

Signo

Reflexivos

Simétricos

Transitivos

DualidadeInclusão/Exclusão

Estrutura

Reversão

Significante

Significado

(Tradição semiológica de Saussure)

Natureza complementar da ação Natureza complementar da ação conjunta~individualconjunta~individual

Premissa eidética:

Se ‘mente’ é o resultado de interações entre diferentes níveis ontológicos então é possível conceber dinâmicas de coordenação como um método de investigação psicológica.

“

”

Dinâmicas de Coordenação

Encaminhamento Empírico

Natureza complementar da ação Natureza complementar da ação conjunta~individual:conjunta~individual:

Assinaturas neurais de comportamento intríseco Assinaturas neurais de comportamento intríseco em uma tarefa de coordenação social em uma tarefa de coordenação social

D. BenitesD. Benites1,2 1,2 - E. Tognoli- E. Tognoli11 - G.C. De Guzman - G.C. De Guzman11 - J.A.S. Kelso - J.A.S. Kelso11

1.Center For Complex Systems and Brain Sciences, Florida Atlantic University, 1.Center For Complex Systems and Brain Sciences, Florida Atlantic University, Boca Raton, FL, USABoca Raton, FL, USA

2.Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil 2.Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil

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AmsterdamJulho, 27-29, 2009

Integração e separação, estão em jogo na ação coletiva

Um balanço entre essas duas forças dá origem a comportamentos sociais complexos

Introdução

(Kelso & Engström, 2006)

Nesses termos, o desdobramento temporal do comportamento intrínseco e do comportamento conjunto requer uma abordagem dinâmica.

Desenvolvemos uma forma para explorar continuamente a dinâmica entre cérebro~comportamento

Esta abordagem permite o estudo da organização espacial e temporal da atividade do cérebro concomitante às transições de comportamentos

perda de comportamentos conjuntos e emergência de comportamentos intrínsecos.

Objetivo

• Identificar neuromarcadores

emergentes em comportamentos

intrínsecos.

• Compreender a emergência de

padrões complementares na ação social

• significado funcional dos

neuromarcadores.

MétodoParticipantes

Vinte e quatro sujeitos (12 pares), com visão normal/corrigida

Um par analisado no pôster (resultados preliminares)

Tarefa Experimental:

1) Realizar movimento contínuo do dedo indicador durante 40s

2) Visão controlada: tela torna-se transparente aos 20s

3) Três condições, cada qual repetida seis vezes.

Mesma fase

Fase oposta

Comportamento intrínseco

t=20-40st=0-20s

Dados de movimento foram pré-processados offline

Sensores dobráveis de resitência flexível (ImageSI, NY)

Filtro digital passa-baixa (Butterworth; 10 Hz, 12 dB) aplicado de modo recurssivo em duas vias a fim de atingir mudança zero na fase.

Comportamento: Gravação do movimento

• Duas toucas de 60 canais – (sistema 10%)

• Sistema assegurou sincronicidade entre os EEGs dos sujeitos

• Banda de interesse: 7 a 14 Hz

• Único amplificador• Duas montagens referenciais

– Base na posição FPz– Referências nos mastóides

• Impedâncias foram abaixo de 10kΩ• Filtro analógico de 0.05 Hz (-12 dB por

oitavo) to 200Hz (-24 dB por oitavo), amplificados (ganho de 2,010) e digitalizados a 1,000 Hz com 24-bit ADC na faixa ±950 µV (resolução vertical de 0.11 nV).

Cérebro: Gravação de EEG Duplo

EEG

Col

orim

étric

o

• Dos 12 pares, estuda-se um de cada vez.

• Os dados que serão apresentados referem-se a um par

• Duração da aplicação/observação de cada par: 01h30m

• Cada experimento requer três aplicadores

• Preparação antes e depois 03h00

Procedimentos

ANÁLISE DO COMPORTAMENTOAnálise 1

Velocidade

Amplitude

Freqüência

Movimento

Tempo (seg)

Observa-se as Transições

Condições e fase relativa(Mesma fase)

(Fase oposta)

(Intrínseco)

Variáveis que podem afetar a dinâmica cerebral

Sujeito Azul - Vermelho

Envolvimento Agente - Observador

Transição Sinc - Desinc

Mecanismo + - Freqüência + - Amplitude

DuraçãoTransiente Sustentado

+ Freq

- Freq

Sustentado Transiente

+ Ampl

- Ampl

Resultados ComportamentoComportamentos

Sinc

Desinc

Agente azul

Agente vermelho

Ambos ag

Transiente

Sustentado

+ Freqüência

- Freqüência

Mesma fase

Fase oposta

Intrínsico

Combinações

+ Freq sust

+ Freq trans

- Freg sust

- Freq trans

Sinc ag azul

Sinc ag verm

Sinc ambos

Desinc ag azul

Desinc ag verm

Desinc ambos

COMPORTAMENTO DO CÉREBROANÁLISE DE PADRÕES NA DINÂMICA CEREBRAL CONTÍNUAAnálise 2

EEG Colorimétrico Padrões cerebraisMicroestados de atividade cerebralPropriedades espaço-temporais

• distribuição espacial no escalpo – recrutamento/liberação de áreas do cérebro• (re)organização temporal – modulação da amplitude

Duas fases agregadasUma única dinâmicaDiferenciação de padrões

Segmentação de acordo com a máxima local

Grupos de padrões e regiões de interesse

Família de padrões cerebrais

Resultados Cérebro

Pôster:Pôster: Resultados do ComportamentoComportamentos N

Sincronia 36

Dessincronia 32

Agente azul 46

Agente vermelho 20

Ambos agentes 2

Transiente 38

Sustentado 30

+ Freqüência 30

- Freqüência 36

Mesma fase 26

Fase oposta 30

Intrínsico 12

Combinações N

+ Freq sustentada 14

+ Freq transiente 16

- Freq sust 14

- Freq trans 22

Ag azul sinc 24

Ag vermelho sinc 10

Ambos sinc 2

Ag azul dessinc 22

Ag vermelho dessinc 10

Ambos dessinc 0

Transições para dessincronização

• 47% transições para comportamento dessincronizado

• 56% dessinc é incongruente

• 25% é cooperativa

• 19% é espontânea

Tarefa

Sujeitos

Mecanismos

Tipos desinc

Fase

Passos para análise no paradigma

comportamento~cérebo1. Análise qualitativa do comportamento contínuo revela as

transições– Transições de sincronização => para dessincronização

é o foco neste trabalho: interesse na investigação de neuromarcadores presentes no comportamento intrínseco.

2. Análise qualitativa e contínua do EEG colorimétrico demarca os padrões (microestados) do cérebro.

– É analisado, seqüencialmente, o segundo que acontece a transição no comportamento: 1 seg de análise do EEG colorimétrico = > aproximadamente 7 padrões no sinal de EEG de cada participante.

– 500 milissegundos antes da transição e 500 ms após

• É montado um banco de dados contendo todas as transições e as 22 especificações do comportamento referente a cada transição (agente x observador, aumento ou diminuição da freqüência do movimento na transição etc – quadro de resultados do comportamento)

• Especifica-se igualmente quais foram os padrões cerebrais (neuromarcadores) presentes em cada segundo de EEG durante a transição comportamental

• Analisa-se a presença de cada neuromarcador nos comportamentos> gráficos de distribuição de probabilidades

• Padrão de dispersão

• Agente e observador

• 4 x mais forte no comportamento dessincronizado

• Conjunto de células neurais dissolve-se

• Forte na dessincronização cooperativa, fraco na dessincronização incongruente

• Potencialmente duas fontes sulcais acopladas na região rolândica

• Após a transição

• Forte em todos os tipos de dessincronização

• Fonte sulcal na região central esquerda

• Simétrico com #F: às vezes sozinho, às vezes em conjunção com #F.

Resultados: Candidatos a neuromarcadores de

comportamento intrínseco

• Ocorre antes e durante a transição na dessincronização espontânea.

• Fonte sulcal na região central direita• É simétrico com #Q

• Durante dessincronização incongruente

• Uma ou duas fontes radiais acopladas na região centro frontal

• Após dessincronização incongruente

• Uma ou duas fontes radiais na região do vértice

Discussão• Nós identificamos seis neuromarcadores sensitivos à perda de

coordenação e comportamento intrínseco.

• O padrão L foi presente em ambos agente e observador e pode contribuir para a desestabilização da coordenação comportamental vigente.

• Os padrões frontais foram observados no cérebro do observador. O padrão R foi especialmente presente durante dessincronização incongruente e S foi presente após.

• Os padrões F e Q são neuromarcadores simétricos vistos no agente e no observador respectivamente.

• O padrão D é visto no cérebro do agente e está mais presente durante dessincronização cooperativa.

• Trabalhos futuros acessarão sistematicamente a localização temporal deses neuromarcadores e suas relações com as variáveis comportamentais.

Considerações Finais• A coordenação entre indivíduos promove dinâmicas

entre neuromarcadores de comportamento coletivo e intrínseco.

• Self Semiótico (sentido) pode ser interpretado como o resultado dessa experiência que emerge continuamente no tempo (Wiley, 1995).

• A visualização desse processo a partir da perspectiva dinâmica pode complementar o entendimento de disposições de self não autônomos ou não adaptativos, assim como trazer progressos a terapias (Hermans, Kempen & Van Loon, 1992).

Obrigada!

danibenites@gmail.com

Algumas referências• http://www.youtube.com/watch?v=X8c2Ae0XNrg• http://www.youtube.com/watch?v=rxk8PmG7wFI&feature=related

• Kelso, J. A. S. (1995). Dynamic patterns: The self-organization of brain and behavior. Cambridge: MIT Press.

• J. A. Scott Kelso (2008). Haken-Kelso-Bunz Model. Scholarpedia, 3(10):1612.

• Kelso, J. A. S. & Engstrøm, D. A. (2006). The Complementary Nature. Cambridge, MA: MIT Press.

• Tognoli, E., Lagarde, J., DeGuzman, G. & Kelso, J. A. S. (2007). The phi complex as a neuromarker of human social coordination. PNAS,104(9), 8190-8195.

• Bressler, S. & Tognoli, E. (2006). Operational principles of neurocognitive networks. International Journal of Psychophysiology, 60, 139-148.