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title: Teoría del Cerebro y Neuroinformática

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# Teoría del Cerebro y Neuroinformática

## Datos

+ **Profesor:** Juan Salvador Mármol Yahya
+ **Horario:** jueves de 7:00 a 10:00 AM
+ **Objetivo:**
    + Comprender como las ciencias computacionales ayudan en el entendimiento del funcionamiento del cerebro y como este entendimiento retroalimenta a las ciencias computacionales para apoyarla en la creación de máquinas/programas inteligentes.

+ **Libros:**
    + The Metaphorical Brain 2
    + From Neuron to Cognition via Computational Neuroscience
    + Deep Learning (Goodfellow)
    + Reinforcement Learning: An Introduction, 2nd Edition

+ **Evaluación**
    + 10% Participación/entendimiento de artículos
    + 40% Tareas de implementación
    + 20% Exámen parcial
    + 20% Exámen final
    + 10% Proyecto final

## Introducción

### Teoría del cerebro
+ Busca descubrir los principios organizativos mediante los cuales un ente construye un modelo interno del medio ambiente y cómo emplea este modelo para emplear acción y percepción

### Neuroinformática
+ La integración del uso de bases de datos, interent y visualización para el almacenamiento y análisis de datos neurocientíficos, con la neurociencia computacional, utilizando técnicas computacionales y metáforas para investigar las relaciones entre estructura y función neuronal.

### Neurocomputación
+ Comprender cómo desarrollar programas adaptativos inspirados en los principios de cómputo de cerebro.

### Neuroingeniería
+ Rama de la inteligencia artifical enfocada en máquinas y programas con una estructura que se basa en, pero que no debe emular fielmente, el cerebro.

### El cerebro en números

+ 86 mil millones de neuronas
    + 400 mil millones de estrellas en la vía láctea
+ 10 billones de sinapsis
+ La velocidad máxima de las neuronas es de 1 a 2 Khz
    + Un Intel Core i7 viejito va a 4 Ghz (1 millón de veces más rápido)
+ **Paradoja de Moravec**
    + Lo que es fácil para los humanos es difícil para las máquinas, y viceversa

### Los mapas no son el territorio

+ Un mapa es útil sólo si deja fuera lo que es irrelevante para nuestra actividad actual.
+ Diferentes mapas sirven para diferentes tareas
    + Ejemplo: Un mapa para automovilistas es muy diferente para excursionistas

### Mapas en el cerebro

+ Las áreas sensoriales y motoras primarias del cerebro (y las áreas subcorticales con las cuáles están fuertemente unidas) proporcionan mapas topográficos.
+ Un mapa topográfico es la proyección ordenada de una superficie sensitiva, como la retina o la piel, o un sistema efector, como la musculatura, a una o más estructuras del sistema nervioso central.
+ El sistema visual tiene disposición retinotópica de campos receptivos, con detalles de características más finas replicados localmente a través del mapa.
    + Osea, los eventos que ocurren cerca de la retina se encuentran cercanos de la capa visual
+ Los mapas somatópicos están organizados como un "homúnculo" que coincide con la superficie del cuerpo en la corteza somatosensorial.
+ La corteza motora también está organizada como un "homúnculo", pero conectando a los efectores más que a los receptores de la piel.
+ Los mapas tonotópicos, o cocleotópicos, en el sistema auditivo corresponden al gradiente de frecuencia en la cóclea.
+ El "territorio" en cada mapa refleja la importancia funcional del área que representa, no su tamaño.
+ A medida que nos alejamos de la periferia, la noción de "mapa" se vuelve menos útil - pero todavía podemos hablar de marcos de referencai para distinguir qué aspectos del mundo mejor caracterizan el disparo máximo de las células.
+ Diferentes modelos cerebrales deben ser desarrollados para abordar diferentes temas.
+ Hay cientos de nichos relativamente distintos en la investigación de la neurociencia.
+ La experiencia en cada área requiere al menos algún conocimiento en otras áreas, por lo que una educación en neurociencia requiere.

### Diferentes niveles de análisis estructural y funcional
![](https://hackmd.io/_uploads/H10hftM22.png)

### Vinculación de modelos con datos empíricos
+ Un modelo puede ser
    + Un modelo computacional explícito, junto con el código de computadora y simulaciones, de cómo funciona un sistema cerebral particular
    + Un modelo matemático a explorar
    + Un modelo conceptual, en cuyo caso un resultado de "simulación" puede ser simplemente una inferecnia de la formulación verbal del modelo
+ En cada caso, será importante preguntar a un modelo:¿De dónde provienen los supuestos utilizados en la creación del modelo?

### The Brain Operation Database
![](https://hackmd.io/_uploads/ryyw05i32.png)

+ Apoya la documentación de la estructura y desempeño de modelos en relación con datos empíricos
+ En BODB, cada modelo está vinculado a los principios de funcionamiento del cerebro (BOP), resúmenes de datos empíricos (SED), y resúmenes de resultados de simulación (SSRs)

### Una vista rápida del cerebro humano
![](https://hackmd.io/_uploads/S1cmR5snh.png)

### Áreas de Brodmann

+ Las áreas de Brodmann son todas las áreas de la corteza cerebral.
+ Otras regiones importantes para nosotros incluyen el cerebelo, los ganglios basales y el hipocampo.

![](https://hackmd.io/_uploads/BJk0Nson3.png)

+ La corteza visual primaria (BA 17) alimenta a la corteza visual secundaria (BA 18, BA 19).
+ La corteza somatosensorial primaria (BA 1), que media el tacto y el sentido corporal, alimenta las áreas secundarias (BA 2, BA 3).
+ Las áreas linguísticas incluyen el área de Wernicke (BA 40) y el área de Broca (BA 44, BA 45).

### La médula espinal y sus funciones

![](https://hackmd.io/_uploads/B10ucsin2.png)

### Del cerebro de vertrebrados básicos al del primate

![](https://hackmd.io/_uploads/r1xjC3ssn3.png)

