Oscillazioni e sincronizzazione neuronale nella epilepsia: un approccio basato sulla teoria di oscillazioni e la meccanica statistica.

In this work we propose to study the neuronal synchronization processes from the point of view of the dynamical systems, in particular of the oscillations theory. It can be demonstrated that there are macroscopic oscillations in the thalamocortical network in epileptic rats. So we are able to model the epileptic seizures as synchronization processes of one or two self-sustained oscillator, whose parameters are extracted from the phase response functions obtained experimentally. We observe also the Arnold tongues and the synchronization plateau that are typical pf the phase response processes with a limit cycle. Moreover, using statistical physics and information theory methods, we obtain a relation between synchronization and quantity of information contained in the brain functional lines. This quantity of information has a peak at intermediate synchronization levels, as in conscious awareness states, and it is lower during epileptic seizures.

In questo lavoro si propone di studiare i processi di sincronizzazione neuronale dal punto di vista dei sistemi dinamici, in particolare, della teoria delle oscillazioni. Si può dimostrare che esistono oscillazioni macroscopiche nel sistema talamocorticale dei topi epilettici. Questo fatto permette di modellare gli attacchi epilettici come processi di sincronizzazione di uno o due oscillatori auto-sostenuti, i cui parametri vengono ricavati dalle funzioni di risposta di fase ottenute sperimentalmente. Si osservano anche le cosiddette lingue di Arnold e i plateau di sincronizzazione, caratteristici della risposta di fase dei processi con un ciclo limite. Inoltre, utilizzando metodi della fisica statistica e la teoria di informazione, si ricava un rapporto fra la sincronizzazione e la quantità di informazione contenuta nelle rette funzionali del cervello. Si osserva che questa quantità di informazione è massima a livelli intermedi di sincronizzazione, in stati normali di veglia, e molto più bassa durante gli attacchi epilettici