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Natureza complementar da ação conjunta~individual: Assinaturas neurais de comportamento intrínseco em uma tarefa de coordenação social Daniela Benites.

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1 Natureza complementar da ação conjunta~individual: Assinaturas neurais de comportamento intrínseco em uma tarefa de coordenação social Daniela Benites William B. Gomes Orientador Novembro, 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

2 Paradigma teórico-empírico Psicologia Pôster –Análise 1: Comportamento –Análise 2: Cérebro Resultados

3 Museu virtual

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5 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

6 Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Sistemas Complexos Sinergética Dinâmicas de Coordenação Sistemas Dinâmicos Leis de Coordenação (Fisiologia comportamental)

7 grande n de elementos regras simples sem controle central padrões de comportamento organizados e difíceis de predizer Comportamento coletivo complexo

8 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 Propriedades comuns (Mitchell, 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

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10 Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Sistemas Dinâmicos Formalização matemática Classe de sistemas Mudam de comportamento com o tempo Teoria e método Acessa a descrição e a predição da mudança Modelos quantitativos Descrições das mudanças Tipos de mudanças Tipos de predições possíveis

11 Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Sinergética o 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

12 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 ( ) Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences

13 Coordenação absoluta + Sincronização = Coordenação relativa número infinito de acoplamentos variáveis

14 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? Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Sistemas Dinâmicos Fisiologia Comport. Sistemas Complexos Problema inicial: Como acessar o cérebro de humanos:

15 Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences

16 = - a sin - 2b sin (2 ) + Q t ACOPLAMENTO QUEBRA DE SIMETRIA FLUTUAÇÕES multiestabilidademetaestabilidade transições Lei elementar de coordenação Integração~ Segregação Integração Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences

17 Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Quantifica e analisa relações - base sinergética Haken-Kelso-Bunz (HKB) Model Formalizou observações da dinâmica de coordenação bimanual em humanos. Dinâmicas de Coordenação Sistemas Dinâmicos Sinergética

18 A equação reflete características fundamentais de auto-organização de movimento - multiestabilidade, transições de fase e histerese (Kelso, 2008). Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences

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

20 Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences 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

21 1. Seres vivos são sistemas abertos em não- equilíbrio: estão em constante e necessária interação com o meio base 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 meio na troca de energia, matéria e/ou qualquer outro tipo de informação Tradição em Psicologia Funcional

22 Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences 3. Durante interações, os estados internos preferíveis são naturalmente mais usados e preservados dando origem a estruturas específicas que nutrem funções específicas. 4. Esta co-dependência entre meio interno e externo é o princípio da auto-organização que explica a formação de padrões em sistemas abertos em não-equilíbrio, a partir de trocas espontâneas, sem o uso de códigos.

23 Psicologia Níveis ontológicos Cultural Social Organizacional Interacional Psicológico Biológico Físico-químico Simbólico Não simbólico (Adaptado de Wiley, 1996, p. 146) Self Semiótico

24 Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Psicologia padrão dinâmico (macroestado) que emerge da auto-organização entre ontologias simbólicas e não-simbólicas. Psicologia e Dinâmicas de Coordenação

25 Outro Ecossistema Si-mesmo Episteme Psicologia Simples Psicologia Intelecto Vontade Emoção AmbivalênciaMoralidade Ética Autoconsciência Costume Moral Epistemologia Gnosiologia (Gomes, no prelo)

26 Sociabilidade Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Psicologia e Dinâmicas de Coordenação Consciência auto-organização entre organismo e meio Voliçãomovimento ratio auto-organização self e outro intelecto emoção

27 Signo Reflexivos Simétricos Transitivos Dualidade Inclusão/ Exclusão Estrutura Reversão Significante Significado (Tradição semiológica de Saussure) Natureza complementar da ação conjunta~individual

28 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.

29 Dinâmicas de Coordenação

30 Encaminhamento Empírico

31 Natureza complementar da ação conjunta~individual: Assinaturas neurais de comportamento intríseco em uma tarefa de coordenação social D. Benites 1,2 - E. Tognoli 1 - G.C. De Guzman 1 - J.A.S. Kelso 1 1.Center For Complex Systems and Brain Sciences, Florida Atlantic University, Boca Raton, FL, USA 2.Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Human Brain and Behavior Laboratory Center for Complex Systems and Brain Sciences Amsterdam Julho, 27-29, 2009

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33 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)

34 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.

35 Objetivo Identificar neuromarcadores emergentes em comportamentos intrínsecos. Compreender a emergência de padrões complementares na ação social significado funcional dos neuromarcadores.

36 Método Participantes Vinte e quatro sujeitos (12 pares), com visão normal/corrigida Um par analisado no pôster (resultados preliminares)

37 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

38 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

39 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

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43 EEG Colorimétrico

44 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

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46 ANÁLISE DO COMPORTAMENTO Análise 1

47 Velocidade Amplitude Freqüência Movimento Tempo (seg) Observa-se as Transições

48 Condições e fase relativa (Mesma fase)

49 (Fase oposta)

50 (Intrínseco)

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52 Variáveis que podem afetar a dinâmica cerebral Sujeito Azul - Vermelho Envolvimento Agente - Observador Transição Sinc - Desinc Mecanismo + - Freqüência + - Amplitude Duração Transiente Sustentado

53 + Freq - Freq Sustentado Transiente + Ampl - Ampl

54 Resultados Comportamento Comportamentos 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

55 COMPORTAMENTO DO CÉREBRO ANÁLISE DE PADRÕES NA DINÂMICA CEREBRAL CONTÍNUA Análise 2

56 EEG Colorimétrico Padrões cerebrais Microestados de atividade cerebral Propriedades espaço-temporais distribuição espacial no escalpo – recrutamento/liberação de áreas do cérebro (re)organização temporal – modulação da amplitude

57 Duas fases agregadas Uma única dinâmica Diferenciação de padrões

58 Segmentação de acordo com a máxima local

59 Grupos de padrões e regiões de interesse

60 Família de padrões cerebrais

61 Resultados Cérebro

62 Pôster: Pôster: Resultados do Comportamento ComportamentosN Sincronia36 Dessincronia32 Agente azul46 Agente vermelho20 Ambos agentes2 Transiente38 Sustentado30 + Freqüência30 - Freqüência36 Mesma fase26 Fase oposta30 Intrínsico12 CombinaçõesN + Freq sustentada14 + Freq transiente16 - Freq sust14 - Freq trans22 Ag azul sinc24 Ag vermelho sinc10 Ambos sinc2 Ag azul dessinc22 Ag vermelho dessinc10 Ambos dessinc0

63 Transições para dessincronização 47% transições para comportamento dessincronizado 56% dessinc é incongruente 25% é cooperativa 19% é espontânea Tarefa Sujeitos Mecanismos Tipos desinc Fase

64 Passos para análise no paradigma comportamento~cérebo 1.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

65 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

66 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

67 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

68 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.

69 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).

70 Obrigada!

71 Algumas referências 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), Bressler, S. & Tognoli, E. (2006). Operational principles of neurocognitive networks. International Journal of Psychophysiology, 60,


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