Nonequilibrium brain dynamics as a signature of consciousness

Autores
Sanz Perl Hernandez, Yonatan; Bocaccio, Hernan; Pallavicini, Carla; Perez Ipiña, Ignacio Martin; Laureys, Steven; Laufs, Helmut; Kringelbach, Morten; Deco, Gustavo; Tagliazucchi, Enzo Rodolfo
Año de publicación
2021
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
The cognitive functions of human and nonhuman primates rely on the dynamic interplay of distributed neural assemblies. As such, it seems unlikely that cognition can be supported by macroscopic brain dynamics at the proximity of equilibrium. We confirmed this hypothesis by investigating electrocorticography data from nonhuman primates undergoing different states of unconsciousness (sleep, and anesthesia with propofol, ketamine, and ketamine plus medetomidine), and functional magnetic resonance imaging data from humans, both during deep sleep and under propofol anesthesia. Systematically, all states of reduced consciousness unfolded at higher proximity to equilibrium compared to conscious wakefulness, as demonstrated by the computation of entropy production and the curl of probability flux in phase space. Our results establish nonequilibrium macroscopic brain dynamics as a robust signature of consciousness, opening the way for the characterization of cognition and awareness using tools from statistical mechanics.
Fil: Sanz Perl Hernandez, Yonatan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física; Argentina. Universidad de San Andrés; Argentina. Universitat Pompeu Fabra. Center For Brain And Cognition.; España
Fil: Bocaccio, Hernan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física; Argentina
Fil: Pallavicini, Carla. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física; Argentina
Fil: Perez Ipiña, Ignacio Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física; Argentina
Fil: Laureys, Steven. Université de Liège; Bélgica
Fil: Laufs, Helmut. Christian Albrechts Universitat Zu Kiel; Alemania
Fil: Kringelbach, Morten. University of Oxford; Reino Unido
Fil: Deco, Gustavo. Universitat Pompeu Fabra. Center For Brain And Cognition.; España
Fil: Tagliazucchi, Enzo Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física; Argentina. Universidad Adolfo Ibañez; Chile
Materia
Cosciousness
Brain dynamics
Electroencephalography
Statistical mechanics
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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Systematically, all states of reduced consciousness unfolded at higher proximity to equilibrium compared to conscious wakefulness, as demonstrated by the computation of entropy production and the curl of probability flux in phase space. Our results establish nonequilibrium macroscopic brain dynamics as a robust signature of consciousness, opening the way for the characterization of cognition and awareness using tools from statistical mechanics.Fil: Sanz Perl Hernandez, Yonatan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física; Argentina. Universidad de San Andrés; Argentina. Universitat Pompeu Fabra. Center For Brain And Cognition.; EspañaFil: Bocaccio, Hernan. 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Fil: Sanz Perl Hernandez, Yonatan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física; Argentina. Universidad de San Andrés; Argentina. Universitat Pompeu Fabra. Center For Brain And Cognition.; España
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