From Healthy Brain Dynamics to Dysfunction: Thermodynamic Connectomics in Computational Neuropsychiatry

Comprendre els trastorns cerebrals continua sent un dels grans reptes de la neurociència. La neuroimatge proporciona informació valuosa sobre l’activitat cerebral, però bona part del seu potencial continua poc explorat. La psiquiatria computacional ofereix una via prometedora mitjançant l’ús de models mecanístics que enllacen la dinàmica cerebral amb els símptomes clínics. En aquesta Tesi proposo utilitzar principis termodinàmics per avaluar l’organització jeràrquica i dinàmica de l’activitat cerebral mitjançant fMRI. D’aquesta manera, els trastorns psiquiàtrics es poden entendre com a desviacions respecte de l’organització jeràrquica i dinàmica pròpia d’un cervell sa, obrint noves vies per a una possible translació clínica futura. Aquí desenvolupo i aplico diverses mesures inspirades en la termodinàmica a poblacions clíniques, incloent pacients amb alteracions neurològiques i trastorns de l’estat d’ànim. Al Capítol 1, amplio una mesura estàtica prèviament definida de jerarquia utilitzant un enfocament de finestres lliscants per avaluar el nivell de consciència en pacients amb trastorns de la consciència. Al Capítol 2, proposo i avalúo una extensió a resolució de fotograma d’aquest mètode en una cohort sana per calcular el nivell instantani d’orquestració en la dinàmica de tot el cervell (iFLOW). Finalment, al Capítol 3, aplico iFLOW per (i) caracteritzar un espai latent de símptomes transdiagnostic en adolescents amb símptomes d’ansietat i depressió i (ii) seguir els canvis funcionals al llarg dels diferents estats d’ànim en el trastorn bipolar. En conjunt, aquests marcadors exemplifiquen noves vies d’anàlisi de la fMRI i proporcionen proxies escalables de jerarquia dirigida amb potencial de translació clínica.