Título:

Compreendendo as Diferenças Estruturais e Dinâmicas em Redes Cerebrais High-Order entre Indivíduos com Transtorno do Espectro Autista e Desenvolvimento Típico: Uma Abordagem de Análise Topológica de Dados

Autor:

ANDRE LUIZ DE GOES PACHECO

Tipo de Trabalho de Conclusão:

TESE

Abreviatura:

PACHECO, A. L. G.

Data da Defesa:

28/08/2023

Resumo:

Nesta tese, buscamos identificar as principais diferenças estruturais e dinâmicas em redes cerebrais de indivíduos com transtorno do espectro autista (ASD) e aqueles com desenvolvimento típico (TD). Utilizando ferramentas de Análise Topológica de Dados (TDA) e implementações em Python, conseguimos construir redes cerebrais para cada indivíduo em nosso banco de dados, utilizando grafos, hipergrafos e complexos simpliciais. Com base em uma generalização do modelo de Kuramoto para complexos simpliciais, estudamos o fenômeno de hipersincronização na rede cerebral media de um indivíduo TD e o comparamos com um indivíduo ASD. Por meio de uma análise detalhada de diversas centralidades de hipergrafo, conseguimos visualizar as regiões do cérebro com as maiores diferenças entre os dois grupos, utilizando ferramentas modernas de visualização em TDA e comparamos com a literatura em ASD. Esse trabalho contribui para o melhor entendimento de aspectos dinâmicos, topológicos e geométricos em redes cerebrais, em particular relativos ao transtorno do espectro autista.

Palavras-chave:

Análise Topológica de Dados;Neurociência;Transtorno do Espectro Autista;Kurmoto High Order;hipergrafos

Abstract:

In this thesis, our objective was to identify the key structural and dynamical differences in brain networks between individuals with Autism Spectrum Disorder (ASD) and typically developing (TD) individuals. We employed tools from Topological Data Analysis (TDA) and implemented them in Python to construct brain networks for each individual in our database, using graphs, hypergraphs, and simplicial complexes. By extending the Kuramoto model to simplicial complexes, we investigated the phenomenon of hypersynchronization in the average brain network of a TD individual and compared it with an ASD individual. Through a detailed analysis of various hypergraph centralities, we visualized the brain regions exhibiting the most significant differences between the two groups, utilizing modern TDA visualization tools, and cross-referenced our findings with existing literature on ASD. This work contributes to a better understanding of dynamic, topological, and geometric aspects in brain networks, particularly related to Autism Spectrum Disorder.

Keywords:

Topological Data Analysis;Neuroscience;Autism Spectrum Disorder;Kuramoto High Order;Hypergraphs

Volume:

1

Páginas:

196

Idioma:

PORTUGUES

Biblioteca depositada:

Central e Setorial

Autorização de divulgação:

O trabalho possui divulgação autorizada

Anexo:

andre.pdf

Área de Concentração:

MATEMÁTICA

Linha de Pesquisa:

GEOMETRIA E TOPOLOGIA

Projeto de Pesquisa:

ASPECTOS TOPOLÓGICOS DE TRANSIÇÕES DE FASES E GEOMETRIA DO CAOS HAMILTONIANO

Orientador:

FERNANDO ANTONIO NOBREGA SANTOS

O orientador principal compôs a banca do discente?:

Sim

Tipo de Vínculo Empregatício:

Bolsa de Fixação

Tipo de Instituição:

Empresa Privada

Expectativa de Atuação:

Ensino e Pesquisa

Mesma Área de Atuação?

Sim