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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
Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain
Sciences
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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!
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.