Наше серое вещество находится в состоянии фазового перехода, говорится в новом исследовании

Согласно исследованию, основанному на фрактальных паттернах в нейронах, наши мозги находятся в состоянии, называемом критичностью, или близки к нему, где они находятся на грани перехода из одного состояния вещества в другое. При этом ученые признают, что не знают, что это за состояния. Вы можете думать, что ваш мозг довольно устойчив, но новое исследование показывает, что его состав может быть не таким однозначным. Ученые из Северо-Западного университета (Northwestern University) обнаружили компоненты нейронов, которые соответствуют материалам, находящимся в фазовом переходе – переходе из одного состояния вещества, например, из жидкости в газ.

«Структура мозга на клеточном уровне кажется близкой к фазовому переходу», – говорит Хелен Ансель из Северо-Западного университета, первый автор статьи о находке. «Пример из повседневной жизни – это таяние льда в воду. Это все еще молекулы воды, но они переходят из твердого состояния в жидкое. Мы, конечно, не говорим, что мозг близок к плавлению. На самом деле, у нас нет способа узнать, между какими двумя фазами мозг мог бы переходить. Потому что, если бы он был на одной из сторон критической точки, это уже не был бы мозг».

Чтобы прийти к выводам, изложенным в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Communications Physics, Ансель и ее коллега Иштван Ковач изучили общедоступные 3D-изображения мозга человека, мышей и плодовых мушек. Рассматривая эти изображения на наномасштабе, они обнаружили, что ткань мозга демонстрирует признаки универсального масштабирования, известного как критичность, – точку, в которой материал либо собирается, либо уже находится в состоянии перехода из одного состояния вещества в другое. Одним из основных показателей этого, на который обратили внимание исследователи, является тот факт, что клетки мозга на наномасштабе демонстрируют фрактальные паттерны, которые являются «самоподобными».

Это означает, что маленькая часть паттерна напоминает весь паттерн. Исследователи также обнаружили широкое распределение размеров нейронов и разнообразие в разных сегментах нейронов. «Эти вещи мы видим во всех критических системах в физике», – сказал Ковач. «Кажется, что мозг находится в тонком балансе между двумя фазами». Удивительно, но признаки критичности были замечены как в мозгах крыс и плодовых мушек, так и в ткани мозга человека. Это может указывать на некое качество фазового перехода, присущее всем мозгам, говорят исследователи. «Сначала эти структуры выглядят совсем по-разному – целый мозг мушки примерно такого же размера, как один маленький человеческий нейрон», – сказала Ансель. «Но затем мы обнаружили удивительно похожие свойства».

«Среди многих характеристик, которые сильно различаются между организмами, мы полагались на предложения статистической физики, чтобы проверить, какие меры могут быть универсальными, такими как критические показатели. И действительно, они согласуются между организмами», – сказал Ковач. Исследователи считают, что их выводы могут помочь пересмотреть статистические модели мозга и, возможно, способствовать разработке нейронных сетей в компьютерах. Они также планируют продолжить свои исследования и изучить разных организмов, чтобы увидеть, применимо ли состояние критичности более универсально.

• Как химические реакции истощают питательные вещества в растительных напитках
• Двухразовая инъекция снижает риск ВИЧ на 96%
• Будущее контрацепции: на что надеяться в ближайшие годы
• Контрацепция и религия: как соблюсти баланс?
• Эволюция контрацептивов: от древних методов до современных технологий
• Жажда как индикатор обезвоживания: насколько она точна?
• Учёные объяснили рост тяжёлых инфекций, вызываемых Streptococcus
• Платформа искусственного интеллекта повышает точность диагностики рака легких