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dc.contributor.author
Deco, Gustavo
dc.contributor.author
Sanz Perl Hernandez, Yonatan
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dc.contributor.author
de la Fuente, Laura
dc.contributor.author
Sitt, Jacobo Diego
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dc.contributor.author
Yeo, B. T. Thomas
dc.contributor.author
Tagliazucchi, Enzo Rodolfo
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dc.contributor.author
Kringelbach, Morten L.
dc.date.available
2023-11-22T11:48:55Z
dc.date.issued
2023-05
dc.identifier.citation
Deco, Gustavo; Sanz Perl Hernandez, Yonatan; de la Fuente, Laura; Sitt, Jacobo Diego; Yeo, B. T. Thomas; et al.; The arrow of time of brain signals in cognition: Potential intriguing role of parts of the default mode network; MIT Press Journals; Network Neuroscience; 7; 3; 5-2023; 966-998
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/11336/218473
dc.description.abstract
A promising idea in human cognitive neuroscience is that the default mode network (DMN) is responsible for coordinating the recruitment and scheduling of networks for computing and solving task-specific cognitive problems. This is supported by evidence showing that the physical and functional distance of DMN regions is maximally removed from sensorimotor regions containing environment-driven neural activity directly linked to perception and action, which would allow the DMN to orchestrate complex cognition from the top of the hierarchy. However, discovering the functional hierarchy of brain dynamics requires finding the best way to measure interactions between brain regions. In contrast to previous methods measuring the hierarchical flow of information using, for example, transfer entropy, here we used a thermodynamicsinspired, deep learning based Temporal Evolution NETwork (TENET) framework to assess the asymmetry in the flow of events, ‘arrow of time’, in human brain signals. This provides an alternative way of quantifying hierarchy, given that the arrow of time measures the directionality of information flow that leads to a breaking of the balance of the underlying hierarchy. In turn, the arrow of time is a measure of nonreversibility and thus nonequilibrium in brain dynamics. When applied to large-scale Human Connectome Project (HCP) neuroimaging data from close to a thousand participants, the TENET framework suggests that the DMN plays a significant role in orchestrating the hierarchy, that is, levels of nonreversibility, which changes between the resting state and when performing seven different cognitive tasks. Furthermore, this quantification of the hierarchy of the resting state is significantly different in health compared to neuropsychiatric disorders. Overall, the present thermodynamics-based machine-learning framework provides vital new insights into the fundamental tenets of brain dynamics for orchestrating the interactions between cognition and brain in complex environments.
dc.format
application/pdf
dc.language.iso
eng
dc.publisher
MIT Press Journals
dc.rights
info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.uri
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.subject
BRAIN
dc.subject
DEFAULT MODE NETWORK
dc.subject
NEUROIMAGING
dc.subject
ORCHESTRATION
dc.subject
THERMODYNAMICS
dc.subject.classification
Otras Ciencias Naturales y Exactas
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dc.subject.classification
Otras Ciencias Naturales y Exactas
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dc.subject.classification
CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
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dc.title
The arrow of time of brain signals in cognition: Potential intriguing role of parts of the default mode network
dc.type
info:eu-repo/semantics/article
dc.type
info:ar-repo/semantics/artículo
dc.type
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.date.updated
2023-11-17T16:27:05Z
dc.identifier.eissn
2472-1751
dc.journal.volume
7
dc.journal.number
3
dc.journal.pagination
966-998
dc.journal.pais
Estados Unidos
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dc.description.fil
Fil: Deco, Gustavo. 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
dc.description.fil
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
dc.description.fil
Fil: de la Fuente, Laura. 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
dc.description.fil
Fil: Sitt, Jacobo Diego. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Neurociencia Cognitiva. Fundación Favaloro. Instituto de Neurociencia Cognitiva; Argentina
dc.description.fil
Fil: Yeo, B. T. Thomas. 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
dc.description.fil
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
dc.description.fil
Fil: Kringelbach, Morten L.. 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
dc.journal.title
Network Neuroscience
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/https://doi.org/10.1162/netn_a_00300
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://direct.mit.edu/netn/article/7/3/966/114355/The-arrow-of-time-of-brain-signals-in-cognition
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