인간의 뇌는 이라고 한다 알려진 우주에서 가장 복잡한 몸체. 그것은 그 890억 개의 뉴런 새로운 연구에 따르면 각각은 평균 약 7,000개의 연결을 가지고 있으며 모든 개체의 물리적 구조는 칼날 위에서 위태롭게 균형을 이루고 있을 수 있다고 합니다.
미국 노스웨스턴 대학의 물리학자인 Helen Ansel과 Istvan Kovacs는 통계 물리학을 사용하여 인간 뇌의 일부뿐만 아니라 쥐와 초파리의 뇌 일부에 대한 매우 상세한 3D 지도에 표시된 복잡성을 설명했습니다. 좋은.
세포 수준에서 그들의 틀은 우리의 두개골에 싸인 더 높은 수준의 기관이 과도기 단계에 거의 접근하는 구조적으로 미세한 지점에 있음을 시사합니다.
“이에 대한 일상적인 예는 얼음이 물에 녹는 경우입니다. 얼음은 여전히 물 분자이지만 고체에서 액체로의 전환을 겪고 있습니다.” 그는 설명한다 안셀.
“우리는 확실히 뇌가 곧 녹을 것이라고 말하는 것이 아닙니다. 사실, 우리는 뇌가 어느 두 단계 사이에서 전환할지 알 수 있는 방법이 없습니다. 사례.” 뇌가 아니야.”
일부 학자들은 과거에 이에 대해 의문을 제기했습니다. 위상 전환 이는 생물학적 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 세포를 둘러싸는 막이 좋은 예입니다. 이 지질 이중층은 겔 상태와 액체 상태 사이를 오가며 단백질과 액체가 들어오고 나갈 수 있도록 합니다.
대조적으로, 중추신경계는 중요한 전환점에서 진동할 수 있지만 결코 다른 것으로 전환되지는 않습니다.
이 임계점의 공통적인 특징은 다음과 같이 알려진 가지 모양의 뉴런 구조입니다. 프랙탈 패턴. 눈송이에서 볼 수 있는 것과 같은 프랙탈은 분자즉 은하의 분포가 대부분 표시됩니다. 시스템 복합체. 물리학에서는 분수 차원은 다음에 있는 “임계 지수”입니다. 혼돈의 가장자리질서와 혼돈 사이.
Ansell과 Kovach는 이제 3D 뇌 재구성에서 나노 규모 프랙탈의 존재가 이러한 “중요한 중요성”의 신호라고 주장합니다.
제한된 데이터로 인해 두 사람은 인간, 생쥐 및 초파리 뇌의 한 부분 영역만 분석할 수 있었습니다. 그러나 이 제한된 이미지에서도 팀은 확대 또는 축소 여부에 관계없이 유사해 보이는 동일한 프랙탈과 유사한 패턴을 발견했습니다.
서로 다른 신경 분절의 상대적인 크기와 다양성은 규모와 종에 걸쳐 보존되는 것으로 보입니다. 너무 조직적이거나 너무 무작위적이지 않은 뇌 시스템은 신경 “배선” 비용과 장거리 통신 요구 사항의 균형을 맞추는 데 딱 맞습니다.
“골디락스 효과”는 모든 동물의 뇌를 지배하는 보편적인 원리일 수 있다고 Ansell과 Kovacs는 말합니다. 하지만 이를 증명하려면 더 많은 연구가 필요합니다.
“처음에는 이러한 구조가 매우 다르게 보입니다. 전체 파리 뇌는 대략 인간의 작은 뉴런 크기와 비슷합니다.” 그는 말한다 안셀. “그러나 우리는 놀랍도록 유사한 새로운 특성을 발견했습니다.”
이제 이러한 공통 중요성이 동물 뇌의 전체 범위에 걸쳐 그리고 다른 종 간에 존재하는지 여부를 결정하기 위한 추가 연구가 필요합니다.
이전 연구에서는 두뇌의 중요성을 분석했지만… 신경 역학최근까지 동물 뇌의 구조를 세포 수준에서 분석하고 비교하는 것은 불가능했습니다.
물론 여전히 데이터 제한이 있지만, 현재 신경과학에서는 뇌의 해부학적 구조와 연결을 지도화하려는 대규모 노력이 진행되고 있습니다. 최대한 자세하게.
ㅏ 1입방밀리미터 최근 인간의 뇌가 재구성됐고 지난해에는 우리는 처음으로 얻었습니다 초파리 뇌의 전체 지도와 더불어… 쥐 뇌의 세포 지도.
“[The structural level] “그것은 우리가 뇌의 복잡성에 대해 생각하는 방식에서 누락된 부분이었습니다.” 그는 말한다 노스웨스턴 출신의 물리학자 이스트반 코바치(Istvan Kovacs).
“모든 프로그램이 동일한 하드웨어에서 실행될 수 있는 컴퓨터와 달리 역학과 하드웨어는 뇌에서 밀접하게 연결되어 있습니다.”
안셀 그는 말한다 연구팀의 발견은 뇌의 통계적 패턴을 설명할 수 있는 간단한 물리적 모델을 향한 길을 열어주었습니다. 언젠가는 이 획기적인 기술이 뇌 연구를 개선하고 인공 지능 시스템을 훈련하는 데 사용될 수 있을 것입니다.
이 연구는 통신 물리학.
