Fiziķi: Cilvēka smadzeņu sarežģītība tuvojas haosa slieksnim

Cilvēka smadzenes ir Tā esot Sarežģītākais ķermenis zināmajā Visumā. ka tas 89 miljardi neironu Katrai no tām ir vidēji aptuveni 7000 savienojumu, un saskaņā ar jaunu pētījumu visu šo vienību fiziskā struktūra var būt nestabili līdzsvarota uz naža asmens.

Fiziķi no Ziemeļrietumu universitātes ASV – Helēna Ansela un Istvans Kovacs – izmantoja statistisko fiziku, lai izskaidrotu sarežģītību, kas redzama ļoti detalizētā 3D kartē, kurā attēlota ne tikai daļa cilvēka smadzeņu, bet arī daļa peļu un augļu mušu smadzeņu. Labi.

Šūnu līmenī to ietvars liek domāt, ka augstāka līmeņa orgāni, kas atrodas mūsu galvaskausos, atrodas strukturāli smalkā punktā, kas cieši tuvojas pārejas posmam.

“Ikdienas piemērs tam ir, kad ledus kūst ūdenī. Tās joprojām ir ūdens molekulas, bet tās pāriet no cietas uz šķidrumu.” Viņš paskaidro Ancel.

“Mēs noteikti nesakām, ka smadzenes drīz izkusīs. Patiesībā mēs nevaram zināt, starp kurām divām fāzēm smadzenes varētu pāriet. Jo, ja tās atrastos abās kritiskā punkta pusēs, tā nebūtu lieta.” Ne smadzenes.”

Daži zinātnieki to jau agrāk ir apšaubījuši Fāžu pārejas Tam ir svarīga loma bioloģiskajās sistēmās. Labs piemērs ir membrāna, kas ieskauj šūnas. Šis lipīdu divslāņu slānis svārstās starp želeju un šķidru stāvokli, lai ļautu olbaltumvielām un šķidrumam pārvietoties iekšā un ārā.

Turpretim centrālā nervu sistēma var svārstīties kritiskā pārejas punktā, vienlaikus nepārvēršoties par kaut ko citu.

Šī kritiskā punkta kopīgā iezīme ir neironu zariem līdzīga struktūra, kas pazīstama kā Fraktāļu raksti. Fraktāļi, piemēram, tie, kas redzami sniegpārslās, Molekulasvai galaktiku sadalījums, galvenokārt tiek parādīts Sistēmu komplekss. fizikā, Daļējā dimensija ir “kritiskais eksponents”, kas atrodas uz Haosa malaStarp kārtību un haosu.

READ  Aprīļa rozā pilnmēness, lai šonedēļ dalītos pavasara debesīs ar 3 spožām planētām

Ansels un Kovačs tagad apgalvo, ka nanomēroga fraktāļu klātbūtne 3D smadzeņu rekonstrukcijās liecina par šo “kritisko nozīmi”.

Ierobežoto datu dēļ duets spēja analizēt tikai vienu daļēju cilvēka, peles un augļu mušas smadzeņu reģionu. Tomēr pat ar šo ierobežoto attēlu komanda atrada identiskus fraktāliem līdzīgus modeļus, kas izskatās līdzīgi neatkarīgi no tā, vai tie ir tuvināti vai tālināti.

Šķiet, ka dažādu neironu segmentu relatīvais lielums un daudzveidība ir saglabāta mērogos un sugās. Smadzeņu sistēmas nav ne pārāk organizētas, ne pārāk nejaušas, tās ir tikai pareizas, līdzsvarojot neironu “vadu” izmaksas ar tālsatiksmes sakaru prasībām.

Ansels un Kovacs saka, ka “Zelta šķipsnas efekts” varētu būt universāls princips, kas pārvalda visas dzīvnieku smadzenes, lai gan, lai to pierādītu, būs nepieciešams vairāk pētījumu.

“Sākumā šīs struktūras izskatās ļoti atšķirīgas – visas mušas smadzenes ir aptuveni neliela cilvēka neirona lielumā.” Viņš saka Ancel. “Bet tad mēs atradām pārsteidzoši līdzīgas jaunas īpašības.”

Tagad ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai noteiktu, vai šī kopējā nozīme pastāv visā dzīvnieku smadzeņu diapazonā un starp dažādām sugām.

Lai gan iepriekšējos pētījumos ir analizēta smadzeņu nozīme, kad runa ir par… Neironu dinamikaVēl nesen nebija iespējams analizēt un salīdzināt dzīvnieku smadzeņu struktūru šūnu līmenī.

Protams, joprojām pastāv datu ierobežojumi, taču pašlaik neirozinātnē notiek liela mēroga pūliņi, lai kartētu smadzeņu anatomiju un savienojumus. Pēc iespējas sīkāk.

a Viens kubikmilimetrs Cilvēka smadzenes nesen tika rekonstruētas, un pagājušajā gadā Mēs saņēmām savu pirmo Pilna augļu mušu smadzeņu karte, kā arī… Peles smadzeņu šūnu karte.

“[The structural level] “Tā nebija daļa no tā, kā mēs domājam par smadzeņu sarežģītību.” Viņš saka Fiziķis Istvans Kovacs no Ziemeļrietumiem.

READ  7 labākās dzīvesvietas Latvijā (2023)

“Atšķirībā no datora, kurā jebkura programma var darboties ar vienu un to pašu aparatūru, dinamika un aparatūra smadzenēs ir cieši saistītas.”

Ancel Viņš saka Komandas atklājumi “paver ceļu” vienkāršam fiziskam modelim, kas var aprakstīt smadzeņu statistiskos modeļus. Kādu dienu šo izrāvienu varētu izmantot, lai uzlabotu smadzeņu izpēti un apmācītu mākslīgā intelekta sistēmas.

Pētījums tika publicēts Komunikāciju fizika.

Angelica Johnson

"Tīmekļa praktizētājs. Sašutinoši pazemīgs ēdiena entuziasts. Lepns twitter advokāts. Pētnieks."

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta. Obligātie lauki ir atzīmēti kā *

Back to top