Descripción del proyecto
Estudio del encéfalo de peces con imágenes ópticas «in vivo» y modelos matemáticos avanzados
Comprender el comportamiento de organismos como el humano que integran señales ambientales y estímulos neuronales con procesamiento cognitivo es una tarea muy compleja. Aprovechar la capacidad de organismos modelo sencillos como el pez cebra y combinarla con la potencia de los métodos analíticos informáticos podría dar lugar a la caracterización de interacciones complejas entre el encéfalo, el organismo y el entorno en organismos vivos. El pez cebra comparte muchos órganos y tejidos importantes con los humanos, y en su estado larval es transparente, lo que facilita la obtención de imágenes «in vivo» de la dinámica del calcio durante la activación del sistema nervioso. El proyecto financiado con fondos europeos DIMENSIVE registra la actividad neuronal de peces cebra activos y utiliza los datos obtenidos para desarrollar modelos generativos de comportamiento a gran escala. Los modelos estadísticos avanzados permitirán crear nuevas instancias de datos para generar información importante sobre cómo surge el comportamiento a partir de la interacción dinámica del sistema nervioso, el cuerpo y el entorno de un organismo.
Objetivo
A major challenge in cognitive neuroscience is to understand how behaviour arises from the dynamical interaction of an organism’s nervous system, its body, and its environment. Understanding embodied neural activity involves the resolution of various conceptual, technical and methodological issues in explaining how living organisms self-organize at many levels (from neural bio-chemistry to behaviour and learning). Currently, two important obstacles hinder this endeavour: the difficulties in recording neural activity in behaving animals, and the lack of mathematical tools to characterize the complex brain-body-environment interactions in living organisms. In this project we will address current limits by implementing an interdisciplinary combination of novel animal behaviour neuroimaging setups and large-scale statistical methods, with the goal of recording and modelling whole-brain activity of locomoting vertebrates. We will study fictively swimming larval zebrafish during active behaviour in a pioneering experimental setup, recording neural activity utilizing light-sheet microscopy for calcium imaging in different virtual reality scenarios involving sensorimotor manipulations. In this setup, we will collect data from the distributed neural circuits that integrate sensory signals from the environment (exafferent input) and their own movements (reafferent input), as well as plastic processes of habituation to new sensorimotor contingencies. From this data, we will infer large-scale generative models (i.e. models capable of yielding synthetic data resembling the studied phenomena) of embodied neural circuits by complementing dynamical models and techniques from statistical mechanics with innovative information theoretic and Bayesian inference methods and approximations for very large systems in non-equilibrium and non-stationary conditions.
Ámbito científico
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
- natural sciencesbiological sciencesneurobiologycognitive neuroscience
- natural sciencesmathematicsapplied mathematicsstatistics and probabilitybayesian statistics
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencegenerative artificial intelligence
- natural sciencesphysical sciencesclassical mechanicsstatistical mechanics
- natural sciencesbiological sciencesbiological behavioural sciencesethology
Programa(s)
Régimen de financiación
MSCA-IF-EF-ST - Standard EFCoordinador
BN1 9RH Brighton
Reino Unido