Creierul uman este Se spune că este Cel mai complex corp din universul cunoscut. că ea 89 de miliarde de neuroni Fiecare are aproximativ 7.000 de conexiuni în medie, iar structura fizică a tuturor acestor entități poate fi echilibrată în mod precar, potrivit unui nou studiu.
Fizicienii de la Universitatea Northwestern din SUA – Helen Ansel și Istvan Kovacs – au folosit fizica statistică pentru a explica complexitatea observată într-o hartă 3D extrem de detaliată nu numai a unei părți a creierului uman, ci și a unei părți din creierul șoarecelui și muștelor fructelor. Bun.
La nivel celular, cadrul lor sugerează că organele de nivel superior cuprinse în craniile noastre se află într-un punct structural fin, aproape de o etapă de tranziție.
„Un exemplu de zi cu zi în acest sens este atunci când gheața se topește în apă. Sunt încă molecule de apă, dar trec printr-o tranziție de la solid la lichid”. El explica Ancel.
„Cu siguranță nu spunem că creierul este pe cale să se topească. De fapt, nu avem de unde să știm între ce două faze ar putea trece creierul. Pentru că, dacă ar fi de o parte și de alta a punctului critic, acesta nu ar fi caz.” Nu creierul.”
Unii savanți au pus la îndoială acest lucru în trecut Tranziții de fază Joacă un rol important în sistemele biologice. Membrana care înconjoară celulele este un bun exemplu. Acest dublu strat lipidic fluctuează între starea de gel și starea lichidă pentru a permite proteinelor și lichidului să intre și să iasă.
În schimb, sistemul nervos central poate oscila într-un punct critic de tranziție, fără a se transforma niciodată în altceva.
Caracteristica comună a acestui punct critic este structura neuronilor asemănătoare unei ramuri, cunoscută ca Modele fractale. Fractali, cum ar fi cei văzuți în fulgi de zăpadă, Moleculesau distribuția galaxiilor, apare în majoritatea dintre ele Sisteme complexe. la fizica, Dimensiunea fracțională este „exponentul critic” care se află Limita haosuluiÎntre ordine și haos.
Ansell și Kovach susțin acum că prezența fractalilor la scară nanometrică în reconstrucțiile 3D ale creierului este un semn al acestei „criticități”.
Din cauza limitărilor de date, cei doi au putut să analizeze doar o singură regiune parțială a creierului uman, șoarece și muscă de fructe. Cu toate acestea, chiar și cu această imagine limitată, echipa a găsit modele identice de tip fractal care arată similar, indiferent dacă sunt mărite sau micșorate.
Mărimea relativă și diversitatea diferitelor segmente neuronale par să fie conservate pe scară și specii. Sistemele cerebrale nu sunt nici prea organizate, nici prea aleatorii, ele sunt pe măsură, echilibrând costurile „cablajului” neuronal cu cerințele comunicațiilor la distanță lungă.
„Efectul bucăților de aur” ar putea fi un principiu universal care guvernează toate creierele animalelor, spun Ansel și Kovacs, deși pentru a demonstra acest lucru va necesita mai multe cercetări.
„La început, aceste structuri arată foarte diferit – întregul creier al muștei are aproximativ dimensiunea unui mic neuron uman.” El spune Ancel. „Dar apoi am găsit proprietăți emergente surprinzător de similare.”
Sunt necesare acum studii suplimentare pentru a determina dacă această importanță comună există în întreaga gamă a creierului animal și între diferite specii.
În timp ce studiile anterioare au analizat importanța creierului atunci când vine vorba de… Dinamica neuronalăPână de curând, nu a fost posibilă analizarea și compararea structurii creierului animalelor la nivel celular.
Desigur, există încă limitări ale datelor, dar în prezent există eforturi la scară largă în neuroștiință pentru a mapa anatomia și conexiunile creierului. Cât mai multe detalii posibil.
A Un milimetru cub Un creier uman a fost reconstruit recent, iar anul trecut, Am primit primul nostru O hartă completă a creierului muștei fructelor, plus… Harta celulară a creierului șoarecelui.
„[The structural level] „A fost o piesă lipsă din modul în care gândim complexitatea creierului.” El spune Fizicianul Istvan Kovacs din Northwestern.
„Spre deosebire de un computer în care orice program poate rula pe același hardware, dinamica și hardware-ul sunt strâns legate în creier.”
Ancel El spune Descoperirile echipei „deschid calea” către un model fizic simplu care poate descrie modelele statistice ale creierului. Într-o zi, această descoperire ar putea fi folosită pentru a îmbunătăți cercetarea asupra creierului și pentru a antrena sisteme de inteligență artificială.
Studiul a fost publicat în Fizica comunicațiilor.
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”