В мозге людей обнаружили фазовый переход
Ученые из Северо-Западного университета в штате Иллинойс, США, обнаружили, что структуры мозга находятся вблизи критической точки, подобной фазовому переходу в физике.
Исследование, опубликованное в журнале Communications Physics, указывает на то, что это явление присуще не только человеческому мозгу, но также присутствует в мозге мышей и плодовых мух. Это говорит о том, что данное явление является универсальным.
Как сообщается учеными, мозг на молекулярном уровне проявляет признаки перехода из одного состояния в другое, подобно тому, как лед тает и становится водой. Тем не менее, исследователи не имеют возможности определить, какие именно состояния представляют собой эти фазы, потому что если бы система находилась по обе стороны от критической точки, она уже не была бы мозгом.
Проведен анализ открытых данных 3D-реконструкций мозгов человека, плодовых мушек и мышей с использованием наноразмерного разрешения. Было обнаружено, что эти образцы обладают особенностями физических свойств, связанных с критичностью.
Одним из таких свойств является фрактальная структура нейронов. При увеличении масштаба они становятся самоподобными, где более мелкие части повторяют общую форму образца. Также наблюдается различие в размерах сегментов нейронов, которые можно наблюдать.
Универсальный принцип можно определить как тонкий баланс между двумя фазами структуры мозга - организованной и случайной. Самоподобие, долгосрочные корреляции и широкое распределение по размерам являются характерными особенностями, которые мы наблюдаем. Критические показатели для различных организмов одинаковы, указывая на возможное существование этого универсального принципа.
Показатели, которые являются критическими, представляют собой взаимозависимую систему, где каждый из них может быть выведен из других. Благодаря этому, можно разработать простые физические модели, которые могут улавливать статистические закономерности работы мозга. Эти модели могут быть применены в создании искусственных нейронных сетей.