Anyar, peneliti ti geus manggihan yén fitur struktural otak urang reside deukeut titik kritis sarupa -dina atawa deukeut transisi fase struktural. Hasil ieu konsisten dina otak manusa, beurit, sareng laleur buah, anu nunjukkeun yén panemuan éta tiasa universal. Sanaos tetep teu écés mana fase-fase struktur otak anu transisi antara, panemuan ieu tiasa ngaktifkeun desain énggal pikeun modél komputasi pajeulitna otak.panalungtikan maranéhanana ieu diterbitkeun dina Communications Fisika .
Struktur Otak sareng Modél Komputasi Studi Anyar Nyarankeun Hukum
“Otak manusa mangrupikeun salah sahiji sistem anu paling kompleks anu dipikanyaho, sareng seueur sipat detil anu ngatur strukturna henteu acan kahartos,” saur pangarang senior István Kovács, asistén dosen fisika sareng astronomi di Northwestern.
“Sababaraha panalungtik lianna geus diajar criticality otak dina watesan dinamika neuron. Tapi urang ningal kritisitas dina tingkat struktural supados tungtungna ngartos kumaha ieu ngadasarkeun pajeulitna dinamika otak. Éta mangrupikeun bagian anu leungit pikeun kumaha urang mikirkeun pajeulitna otak. Beda sareng dina komputer dimana parangkat lunak tiasa dijalankeun dina parangkat keras anu sami, dina uteuk dinamika sareng parangkat kerasna aya hubunganana.
“Struktur otak dina tingkat sélulér sigana caket kana transisi fase,” saur panulis munggaran Helen Ansell, saurang Tarbutton Fellow di Emory University anu mangrupikeun panalungtik postdoctoral di laboratorium Kovács nalika diajar. “Conto sapopoe nyaéta nalika és ngalembereh kana cai. Ieu masih molekul cai, tapi aranjeunna nuju ngalaman transisi tina padet ka cair. Urang pasti teu nyebutkeun yén otak geus deukeut lebur. Kanyataanna, urang teu boga cara pikeun nyaho naon dua fase otak bisa transitioning antara. Kusabab upami éta dina dua sisi titik kritis, éta sanés janten otak.
Nerapkeun Fisika Statistik pikeun Neurosains Studi Anyar Nyarankeun Hukum
Sanaos panalungtik parantos lami Daptar Email Nagara diajar dinamika otak ngagunakeun fungsi pencitraan résonansi magnét ( ) sareng electroencephalograms (EEG), kamajuan dina neurosains nembé nyayogikeun set data anu ageung pikeun struktur sélulér otak. Data ieu dibuka kamungkinan pikeun Kovács sareng timnya pikeun nerapkeun téknik fisika statistik pikeun ngukur struktur fisik neuron.
Ngidentipikasi Éksponén Kritis dina Struktur Otak Studi Anyar Nyarankeun Hukum
Kovács sareng Ansell nganalisis data anu sayogi pikeun umum tina rekonstruksi otak 3D ti manusa, laleur buah, sareng beurit. Ku examining otak dina resolusi , peneliti manggihan sampel showcased hallmarks sipat fisik pakait sareng criticality.
Salah sahiji sipat sapertos anu terkenal, struktur fraktal-kawas neuron. Diménsi fraktal nontrivial ieu mangrupa conto sakumpulan observasi, disebut “éksponén kritis,” nu muncul nalika sistem deukeut ka transisi fase.
Sél otak disusun dina pola statistik kawas fraktal dina skala anu béda. Nalika dizum gede, wangun fraktal “sarua diri,” hartina bagian leutik tina sampel nyarupaan sakabeh sampel. Ukuran rupa-rupa bagéan neuron anu dititénan ogé rupa-rupa, anu nyayogikeun petunjuk anu sanés. Numutkeun Kovács, kamiripan diri, korelasi jarak jauh sareng distribusi ukuran lega mangrupikeun tanda tangan kaayaan kritis, dimana fitur henteu diatur teuing atanapi acak teuing. Observasi ieu ngakibatkeun sakumpulan éksponén kritis nu characterize fitur struktural ieu.
“Ieu mangrupikeun hal anu urang tingali dina sadaya sistem kritis dina fisika,” saur Kovács. “Sigana otak aya dina kasaimbangan anu alus antara dua fase.”
Criticality Universal Sakuliah Spésiés
Kovács sareng Ansell kaget મોટી સરકાર વિ. નાની સરકાર: એક ઐતિહાસિક પરિપ્રેક્ષ્ય mendakan yén sadaya conto otak anu ditaliti – ti manusa, beurit sareng laleur buah – gaduh éksponén kritis anu konsisten dina organisme, hartosna aranjeunna ngabagi fitur kuantitatif anu sami. Dasar, struktur anu cocog diantara organisme nunjukkeun yén prinsip pangaturan universal tiasa dianggo. Papanggihan anyar maranéhna berpotensi bisa mantuan ngajelaskeun naha brains ti mahluk béda babagi sababaraha prinsip dasar anu sarua.
“Awalna, struktur ieu kasampak rada béda – sakabeh otak laleur kasarna ukuran neuron manusa leutik,” ceuk Ansell. “Tapi teras urang mendakan pasipatan anu muncul anu héran sami.”
Di antara seueur ciri anu béda pisan dina organisme
kami ngandelkeun saran fisika statistik pikeun b2b reviews mariksa ukuran mana anu berpotensi universal, sapertos éksponén kritis. Mémang, éta konsisten dina sadaya organisme, ”saur Kovács. “Salaku tanda kritisitas anu langkung jero, éksponén kritis anu dicandak henteu mandiri – tina tilu, urang tiasa ngitung sésana, sakumaha anu didikte ku fisika statistik. Pananjung ieu muka jalan pikeun ngarumuskeun model fisik basajan pikeun moto pola statistik tina struktur otak. Modél sapertos kitu mangrupikeun input mangpaat pikeun modél otak dinamis sareng tiasa janten inspirasi pikeun arsitéktur jaringan saraf jieunan.
Pindah ka hareup, panalungtik ngarencanakeun pikeun nerapkeun téknik maranéhna pikeun munculna datasets anyar, kaasup bagian gedé otak sarta leuwih organisme. Aranjeunna Tujuan pikeun manggihan lamun universality masih bakal nerapkeun.
Rujukan: “Ngabongkar aspék universal tina anatomi sélular otak” ku Helen S. Ansell, sareng István A. Kovács, 10 Juni 2024, Fisika Komunikasi .
Pembiayaan: Ulikan ieu sawaréh dirojong ngaliwatan sumber komputasi di fasilitas komputasi kinerja tinggi Quest di Northwestern.
