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
• Paradigma teórico-empírico
• Psicologia
• Pôster
– Análise 1: Comportamento
– Análise 2: Cérebro
• Resultados
Museu virtual
www.ufrgs.br/museupsi/
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
Sistemas Complexos
Human Brain and Behavior Laboratory
Center for Complex Systems and Brain Sciences
Sistemas Dinâmicos
Sinergética
Dinâmicas de Coordenação
Leis de Coordenação
(Fisiologia comportamental)
padrões de comportamento
organizados
e difíceis de predizer
grande n
de elementos
sem controle
central
regras
simples
Comportamento coletivo complexo
Propriedades comuns
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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
(Mitchell, 2009)
Sistemas Dinâmicos
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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
Human Brain and Behavior Laboratory
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Sinergética
o Campo interdisciplinar para estudo
sistemático da auto-organização
o Explica a emergência auto-organizada de
novas qualidades em sistemas materiais ou
imateriais
o Estruturas,
processos ou funções
(Haken, 1969)
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Erich von Holst (1908-1962)
 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.
 Coordenação absoluta + Sincronização
=
 Coordenação relativa
número infinito de
acoplamentos
variáveis
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Center for Complex Systems and Brain Sciences
Dinâmicas de Coordenação
Problema inicial: Como acessar o
cérebro de humanos:
 Considerando um sistema com
vários níveis
 emergência e auto-organização
 É possível quantificar relações
 Onde encontrar coord. absoluta +
tendência sinc = coord. Relativa?
Sistemas
Complexos
Sistemas
Dinâmicos
Fisiologia
Comport.
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Lei elementar de coordenação
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f = Dw - a sinf - 2b sin (2f) + Qxt
QUEBRA DE
SIMETRIA
ACOPLAMENTO
FLUTUAÇÕES
Integração
ff
multiestabilidade
2
0
-2
Integração~ Segregação
ff
f
p/2
p
3p/2
transições
2p
2
0
-2
ff
f
p/2
p
3p/2
2p
metaestabilidade
2
0
-2
f
p/2
p
3p/2
2p
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Sistemas Dinâmicos
Dinâmicas de
Coordenação
 Quantifica e analisa relações - base
sinergética
 Haken-Kelso-Bunz (HKB) Model 1985
 Formalizou observações da
dinâmica de coordenação
bimanual em humanos.
Sinergética
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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
 Objetiva descrever, explicar e predizer como
padrões de coordenação são formados,
adaptam-se, persitem, desintegram-se e mudam
(Kelso, 2005)
Tradição em Psicologia Funcional
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
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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.
Psicologia
Níveis ontológicos
Cultural
Simbólico
Social Organizacional
Interacional
Não
simbólico
Psicológico
Biológico
Self
Semiótico
Físico-químico
(Adaptado de Wiley, 1996, p. 146)
Psicologia e Dinâmicas de
Coordenação
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 Psicologia
 padrão dinâmico (macroestado)
que emerge da auto-organização
entre ontologias simbólicas e
não-simbólicas.
Psicologia Simples
Epistemologia
Gnosiologia
Episteme
Intelecto
Psicologia
Costume
Moral
Vontade
Outro
Ecossistema
Si-mesmo
Ética
Emoção
Autoconsciência
Ambivalência
Moralidade
(Gomes, no prelo)
Psicologia e Dinâmicas de
Coordenação
Consciência
Volição
Sociabilidade
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auto-organização entre
organismo e meio
movimento “ratio”
emoção
intelecto
auto-organização self e outro
Natureza complementar da ação
conjunta~individual
Reflexivos
Dualidade
Inclusão/
Exclusão
Simétricos
Reversão
Transitivos
Estrutura
Significante
Signo
Significado
(Tradição semiológica de Saussure)
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
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Center for Complex Systems and Brain
Sciences
Natureza complementar da ação
conjunta~individual:
Assinaturas neurais de comportamento intríseco
em uma tarefa de coordenação social
D. Benites1,2 - E. Tognoli1 - G.C. De Guzman1 - J.A.S. Kelso1
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
Amsterdam
Julho, 27-29, 2009
Introdução
Integração e separação, estão em
jogo na ação coletiva
Um balanço entre essas duas forças
dá origem a comportamentos sociais
complexos
(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.
Método
Participantes
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=0-20s
t=20-40s
Comportamento: Gravação do movimento
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.
Cérebro: Gravação de EEG Duplo
• 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).
EEG Colorimétrico
Procedimentos
• Dos 12 pares, estuda-se um de cada vez.
• Os dados que serão apresentados referemse a um par
• Duração da aplicação/observação de cada
par: 01h30m
• Cada experimento requer três aplicadores
• Preparação antes e depois 03h00
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO
Análise 1
Observa-se as Transições
Movimento
Freqüência
Velocidade
Amplitude
Tempo (seg)
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
 Duração
Transiente
 + - Freqüência
 Sustentado
 + - Amplitude
Sustentado
+ Freq
- Freq
+ Ampl
- Ampl
Transiente
Resultados Comportamento
Comportamentos
Sinc
Desinc
Combinações
+ Freq sust
+ Freq trans
Agente azul
Agente vermelho
Ambos ag
- Freg sust
- Freq trans
Transiente
Sinc ag azul
Sustentado
Sinc ag verm
+ Freqüência
Sinc ambos
- Freqüência
Desinc ag azul
Mesma fase
Fase oposta
Intrínsico
Desinc ag verm
Desinc ambos
COMPORTAMENTO DO CÉREBRO
ANÁLISE DE PADRÕES NA DINÂMICA
CEREBRAL CONTÍNUA
Análise 2
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
Duas fases agregadas
Uma única dinâmica
Diferenciação de padrões
Segmentação de acordo
com a máxima local
Grupos de padrões e regiões de interesse
Família de padrões cerebrais
Resultados Cérebro
Pôster: Resultados do Comportamento
Comportamentos
N
Sincronia
36
Dessincronia
32
Agente azul
46
Agente vermelho
20
Ambos agentes
2
Transiente
Combinações
N
+ Freq sustentada
14
+ Freq transiente
16
- Freq sust
14
- Freq trans
22
38
Ag azul sinc
24
Sustentado
30
Ag vermelho sinc
10
+ Freqüência
30
Ambos sinc
2
- Freqüência
36
Ag azul dessinc
22
Mesma fase
26
Ag vermelho dessinc
10
Fase oposta
30
Ambos dessinc
0
Intrínsico
12
Transições para dessincronização
Mecanismos
• 47% transições para
comportamento
dessincronizado
Sujeitos
•
Tarefa
56% dessinc é
incongruente
• 25% é cooperativa
• 19% é espontânea
Tipos desinc
Fase
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
• 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
Resultados: Candidatos a
neuromarcadores de comportamento
intrínseco
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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.
• 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!
[email protected]
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.