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Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Rafael Tuma Guariento
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Pinto, Reynaldo Daniel (Presidente)
Alfonso, Nestor Felipe Caticha
Gomes, José Antonio Alves
Maciel, Sergio Tulio Neuenschwander
Silva, Mauro Copelli Lopes da
Título em português
Eletrocomunicação em Gymnotus carapo: definição de unidades linguísticas e sua relação com o papel de dominância
Palavras-chave em português
Gymnotus carapo
Agrupamento
Aprendizagem de máquina
Comunicação animal
Peixes elétricos
Resumo em português
A habilidade que peixes elétricos possuem de se comunicar por meio de um campo elétrico auto-gerado tem atraído a atenção de diversas áreas do conhecimento por mais de 50 anos. Em particular, peixes elétricos pulsadores emitem um sinal que apresenta diversas similaridades com trens de pulsos de neurônios, tornando-se um modelo animal em neurociência. Com o aumento do poder computacional e com o desenvolvimento de novas ferramentas de aprendizagem de máquina, tornou-se possível investigar interações de dominância entre um par de peixes a nível de cada pulso emitido. Até onde se sabe, a codificação e transmissão de informação se dá por modulações nos intervalos entre pulsos. Assim, a comunicação entre peixes é um problema similar à comunicação entre um par de neurônios em áreas relacionadas do sistema nervoso central: a modulação da taxa de disparo de um neurônio é codificada a partir dos pulsos do outro. Neste trabalho investigamos interações sociais entre pares de Gymnotus carapo, uma espécie altamente territorial. Utilizando análise de séries temporais, técnicas de aprendizagem de máquina e teoria da informação, desenvolvemos uma metodologia para detectar padrões comunicativos nos pulsos emitidos pelos peixes. Além disso, observamos uma relação de causalidade na emissão de padrões: apenas um dos peixes modifica o comportamento futuro de seu coespecífico. A direção desse fluxo de informação parece ligada ao papel de dominância/submissão assumido pelo indivíduo. A partir da literatura sobre fisiologia de emissão de novos pulsos, levantamos novas hipóteses sobre o funcionamento dos sistemas neurais responsáveis pela modulação dos intervalos entre pulsos e sobre como estes sistemas podem ter sua sensibilidade modificada por hormônios secretados durante a disputa por dominância.
Título em inglês
Electrocommunication in Gymnotus carapo: definition of linguistic units and its relationship with the dominance role
Palavras-chave em inglês
Gymnotus carapo
Animal communication
Clustering
Electric fish
Machine learning
Resumo em inglês
Weakly electric fishs ability to communicate through a self-generated electric field has attracted attention from several areas of knowledge for more than 50 years. Particularly, pulse-type electric fish emit signals that exhibits several similarities with neuronal spike trains, becoming a popular animal model in neuroscience. Due to the increase of computational power and the development of new machine learning tools, it is now possible to investigate dominance interactions between a pair of fish at the level of every single pulse. As far as we know, information is coded and transmitted by modulation of interval between pulses. Thus, communication between electric fishes presents several similarities with the communication between neurons from different regions on the central nervous system: the spike rate of one neuron is modulated by the pulses emitted by the other. Here we investigated the social interactions between pairs of Gymnotus carapo, a highly territorial species. Using time series analysis, machine learning techniques, and information theory, we developed a methodology to identify communicative patterns in the pulses emitted by the fish. In addition, we observed a causal relation on the pattern emission: only one of the fish modifies the future behavior of its conspecific. This flow of information seems to be related to the dominance/submission role assumed by each individual. From the literature on the physiology of the emission of new pulses, we developed new hypotheses about the functioning of the neural systems responsible for modulating the intervals between pulses and on how these systems can be modified by hormones secreted during a dominance contest.
 
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Data de Publicação
2019-05-29
 
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