Naukowcy ujawnili złożoność ludzkiego mózgu. Graniczy ona z chaosem
Badacze uważają, że ludzki mózg jest jednym z najbardziej skomplikowanych obiektów w znanym Wszechświecie. Organ ten posiada prawie 90 miliardów neuronów, z których każdy ma około 7000 połączeń. Nowe badania ujawniają potęgę naszego mózgu.
W świecie nauki doszło do dość niestandardowego procederu. Dwoje fizyków wykorzystało analizy z zakresu fizyki statystycznej do wyjaśnienia złożoności ludzkiego mózgu. W ten sposób stworzono wyjątkową mapę 3D jednego z najważniejszych ludzkich organów.
Odkryto, że rozgałęzienia strukturalne neuronów układają się we wzory fraktalne - podobne wzory widoczne są w płatkach śniegu, czy molekułach. W fizyce tzw. wymiar fraktalny jest "wykładnikiem krytycznym", który znajduje się na krawędzi chaosu, między porządkiem a nieporządkiem. Teraz naukowcy sądzą, że zarejestrowana obecność fraktali w nanoskali w rekonstrukcjach mózgu 3D jest właśnie oznaką tej "krytyczności".
Badacze podkreślają, że ze względu na ograniczenia w dostępie danych przeanalizowano jedynie fragment mózgu człowieka. Jednocześnie analizy zostały przeprowadzone na mózgu myszy i muszki owocowej.
Okazało się, że połączenia neuronów układają się w taki sam sposób zarówno w dużej skali, jak i mikroskali i to niezależnie od gatunku stworzenia. Jak mówi Helen Ansell z Northwestern University w USA: - Początkowo te struktury wyglądają zupełnie inaczej - cały mózg muchy jest mniej więcej wielkości małego ludzkiego neuronu. Ale potem znaleźliśmy nowe właściwości, które są zaskakująco podobne.
W swoim artykule naukowym badacze piszą: "Określamy ilościowo aspekty tej złożoności i przedstawiamy dowody na to, że anatomia mózgu spełnia uniwersalne prawa skalowania, ustanawiając pojęcie krytyczności strukturalnej w strukturze komórkowej mózgu".
- [Poziom strukturalny - red.] był brakującym elementem naszego myślenia o złożoności mózgu. W przeciwieństwie do komputera, na którym dowolne oprogramowanie może działać na tym samym sprzęcie, w mózgu dynamika i sprzęt są ze sobą silnie powiązane — dodaje István Kovács z Northwestern University.
Badania ujawniają, że struktura neuronów jest "na granicy chaosu", dzięki czemu połączenia otrzymują niemal optymalne właściwości przenoszenia informacji. Jeżeli struktura neuronów byłaby "standardowo uporządkowana", wówczas istniałoby wiele nadmiarowych połączeń. Specjaliści są zdania, że istnienie w mózgu wzorców fraktalnych eliminuje jego "niepotrzebne i nadmierne okablowanie".
Naukowcy uważają, że ich badania są przełomem i otwierają drogę do stworzenia prostego modelu fizycznego, który może opisywać statystyczne wzorce ludzkiego mózgu. Badania tego typu w przyszłości mogą skutkować opracowaniem nowych metod badawczych, a także opracowaniem nowych narzędzi do szkolenia systemów sztucznej inteligencji.
Wyniki badań zostały opublikowane w międzynarodowym i prestiżowym czasopiśmie naukowym Communications Physics.
***
Co myślisz o pracy redakcji Geekweeka? Oceń nas! Twoje zdanie ma dla nas znaczenie.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
