Hunting for brain oscillations: functional role and estimation techniques

Descrierea eventului:

Oscilațiile neuronale reprezintă modulări periodice ale activității neuronilor. Acestea acoperă o gamă largă de frecvențe, de la cele infra-lente (<0.1 Hz) la cele ultra-rapide (>200 Hz). În mod important, oscilațiile sunt exprimate în timpul somnului și sunt asociate proceselor cognitive în stările de veghe. De asemenea, ritmurile neuronale sunt afectate în diverse afecțiuni neurologice, sugerând că asemenea ritmuri au un rol funcțional important pentru susținerea proceselor dinamice din creier. În prima parte a prezentării, vom discuta natura oscilațiilor neuronale și mecanismele prin care acestea sunt generate. În cea de-a doua parte ne vom concentra pe tehnicile utilizate pentru a estima prezența oscilațiilor în semnalele înregistrate din creier. Deoarece oscilațiile sunt frecvent exprimate tranzient, în pachete cu durată limitată, măsurarea acestora devine foarte dificilă. Din cauza principiului Heisenberg-Gabor al incertitudinii, cu o singură măsurătoare nu este posibil să localizăm precis un pachet oscilatoriu simultan și în timp și în frecvență. Vom introduce o serie de tehnici de estimare utilizate frecvent și vom descrie o tehnică nouă care permite estimarea prezenței oscilațiilor folosind concepte de super-rezoluție. În final, vom discuta implicațiile limitărilor tehnice care până în prezent au îngreunat măsurarea și cuantificarea robustă a pachetelor de oscilație.

Brain oscillations are periodic modulations of neural activity. They span a wide range of frequencies, from the infra-slow (<0.1 Hz) to the ultra-fast ones (> 200 Hz). Importantly, oscillations are expressed during sleep and are associated to cognitive processes. In brain disorders, neural rhythms are disturbed, thus suggesting that such rhythms play important functional roles for brain processes. In the first part of the presentation, we will discuss the nature of brain oscillations and their emergence mechanisms. In the second part, we will dwell upon the techniques that are used to estimate the presence of oscillations in brain signals. Because brain oscillations are often expressed transiently, in bursts with limited duration, their measurement can become very difficult. Due to the Heisenberg-Gabor uncertainty principle, with a single measurement it is not possible to localize well an oscillation burst in both time and frequency, simultaneously. We will introduce several estimation techniques, and also describe a novel method that enables time-frequency super-resolution. Finally, we will discuss the implications of the technical limitations that have thus far prevented the robust measurement and quantification of oscillation bursts.