Pearson matrices as density operators: a test of the entropic brain hypothesis using the von Neumann entropy

dc.contributor.advisorMohan, Madras Viswanathan Gandhi
dc.contributor.advisor-co1Barbosa, Aline Amabile Viol
dc.contributor.advisor-co1ID01397906677pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9378498918721758pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1995273890709490pt_BR
dc.contributor.authorFelippe Junior, Helcio
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0182409903873217pt_BR
dc.contributor.referees1Araújo, Draulio Barros de
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7818012155694188pt_BR
dc.contributor.referees2Raposo, Ernesto Carneiro Pessoa
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4321118621178584pt_BR
dc.contributor.referees3Fontes, Fernanda Palhano Xavier de
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/5303845192389002pt_BR
dc.date.accessioned2021-10-06T17:25:53Z
dc.date.available2021-10-06T17:25:53Z
dc.date.issued2021-07-30
dc.description.abstractThe entropic brain hypothesis states that key functional parameters should exhibit increased entropy during psychedelic-induced altered brain states. This hypothesis has gained significant support over the years, particularly via thresholding Pearson correlation matrices of functional connectivity networks. However, the thresholding procedure is known to have drawbacks, mainly its arbitrariness in the threshold value selection. In this work, we propose an entirely objective, threshold-independent method of entropy estimation. Let R be a generic N ×N Pearson correlation matrix. We define ρ = R/N and prove that ρ satisfies the necessary conditions for a density operator. Therefore, the von Neumann entropy S = − tr(ρ ln ρ) can be directly calculated from the Pearson matrix. We then calculate the entropy of functional correlations of the human brain. Consistent with the entropic brain hypothesis, we find that entropy increases during the acute effects of the psychedelic Amazonian indigenous beverage ayahuasca.pt_BR
dc.description.resumoA hipótese do cérebro entrópico afirma que importantes parâmetros funcionais devem exibir aumento de entropia durante estados cerebrais induzidos por psicodélicos. Essa hipótese ganhou considerável suporte ao longo dos últimos anos, particularmente via aplicação de limiar em matrizes de correlação de Pearson de redes de conectividade funcional. Entretanto, o procedimento de aplicação de limiar tem suas desvantagens, principalmente sua arbitrariedade na seleção do valor limiar. Neste trabalho, propomos um método de estimativa de entropia completamente objetivo e independente de limiar. Seja R uma matriz de correlação de Pearson genérica N ×N. Definimos ρ = R/N e provamos que ρ satisfaz as condições necessárias para um operador densidade. Portanto, a entropia de von Neumann S = − tr(ρ ln ρ) pode ser diretamente calculada a partir da matriz de Pearson. Em seguida, calculamos a entropia de correlações funcionais do cérebro humano. Consistente com a hipótese do cérebro entrópico, encontramos que a entropia aumenta durante os efeitos agudos da bebida psicodélica indígena amazônica ayahuasca.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationFELIPPE JUNIOR, Helcio. Pearson matrices as density operators: a test of the entropic brain hypothesis using the von Neumann entropy. 2021. 55f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/43685
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectFísicapt_BR
dc.subjectEntropiapt_BR
dc.subjectCorrelaçãopt_BR
dc.subjectCérebropt_BR
dc.subjectPsicodélicospt_BR
dc.titlePearson matrices as density operators: a test of the entropic brain hypothesis using the von Neumann entropypt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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