Ljudski mozak zaglavljen u fazi prelaska iz jednog u drugo agregatno stanje

Na osnovu fraktalnih obrazaca u neuronima, istraživači veruju da ljudski mozak egzistira u stanju zvanom kritičnost, gde su ekstremno blizu prelaska iz jednog stanja materije u drugo. Takođe priznaju da ne znaju šta je bilo koje od tih stanja.

Možda mislite da je vaš mozak prilično čvrst, ali novo istraživanje kaže da njegova kompozicija možda nije tako jednostavna. Naučnici sa Univerziteta Northwestern identifikovali su komponente neurona koje se podudaraju sa materijalima koji prolaze kroz prelaz iz jedno u drugo agregatno stanje – prelaz iz jednog stanja materije, poput tečnosti, u drugo, poput gasa.

“Struktura mozga na ćelijskom nivou izgleda kao da je blizu prelaza u drugo agregatno stanje,” rekla je Helen Ansell sa Northwestern-a, prva autorka rada o ovom otkriću. “Svakodnevni primer ovoga je kada se led topi u vodi. To su i dalje molekuli vode, ali oni prolaze kroz fazni prelaz iz čvrstog u tečno agregatno stanje. Sigurno ne kažemo da je mozak blizu topljenja. Zapravo, nemamo način da znamo između kojih stanja mozak može prelaziti. Jer da je s druge strane kritične tačke, to više ne bi bio mozak.”

Ljudski mozak je u stanju savršenog balansa

Da bi došli do zaključaka iznetih u radu, koji je upravo objavljen u Nature Communications Physics, Ansell i njen kolega István Kovács, proučavali su dostupne 3D slike mozga ljudi, miševa i voćnih mušica. Gledajući ove slike na nanoskali, otkrili su da moždano tkivo pokazuje osobine univerzalnog skaliranja poznatog kao kritičnost, tačka u kojoj je materijal ili blizu – ili već prolazi – kroz promenu iz jednog stanja materije u drugo.

Shutterstock

Jedan od glavnih pokazatelja na koji su se istraživači fokusirali je činjenica da moždane ćelije na nanoskali prikazuju fraktalne obrasce koji su “samostalno slični”. To znači da mali deo obrasca podseća na ceo obrazac. Istraživači su takođe pronašli široku distribuciju veličina među neuronima i raznolikost u različitim segmentima neurona.

“Ovo su stvari koje vidimo u svim kritičnim sistemima u fizici,” rekao je Kovács. “Izgleda da je mozak u delikatnoj ravnoteži između dve faze.”

Iznenađujuće, karakteristike kritičnosti su viđene kako u mozgovima pacova tako i voćnih mušica, pored ljudskog moždanog tkiva. To bi moglo ukazivati na neku vrstu fazne promene kvaliteta svih mozgova, kažu istraživači.

“U početku, ove strukture izgledaju prilično različito – ceo mozak voćne mušice je otprilike veličine malog ljudskog neurona,” rekla je Ansell. “Ali onda smo našli svojstva koja su iznenađujuće slična.”

“Među mnogim karakteristikama koje su veoma različite među organizmima, oslonili smo se na sugestije statističke fizike da proverimo koje mere su potencijalno univerzalne, poput kritičnih eksponenata. Zaista, one su konzistentne među organizmima,” rekao je Kovács.

Istraživači kažu da njihova otkrića mogu pomoći u preoblikovanju statističkih modela mozga i moguće informisati razvoja neuronskih mreža u računarima. Takođe kažu da će nastaviti svoje istraživanje i proučavati različite organizme kako bi videli da li se stanje kritičnosti univerzalno primenjuje, piše NewAtlas.