쥐와 다른 동물의 두뇌를 분석하는 브라질 물리학 자 팀은 뇌가 두 가지 수술 모드 사이의 위기에 균형을 이루는 가장 강력한 증거를 발견했습니다. 동시에,이 발견은이 논란의 여지가있는“비판적 뇌”가설의 원래 가정에 도전합니다.
우리의 사고 기관을 구성하는 거대한 뉴런 네트워크가 세계에 대한 정보를 어떻게 처리하는지 이해하는 것은 신경 과학자들에게 어려운 미스터리입니다. 그 광범위한 퍼즐의 한 부분은 인생의 무수한 요구를 다루기 위해 단일 물리적 구조를 프라이밍 할 수있는 방법입니다. 브라질 연방 연방 대학교의 물리학 자이자 새로운 연구의 공동 저자 인 Mauro Copelli는“뇌가 완전히 무질서한 경우 정보를 처리 할 수 없습니다. "너무 순서대로 환경의 변동성에 대처하기에는 너무 단단합니다."
1990 년대에, Bak 당 물리학자는 뇌가 비판적에서 속임수를 도출한다고 가정했다. 이 개념은 통계 역학의 세계에서 유래하며, 여기서 안정성과 신체 상해 사이의 많은 부분의 시스템을 설명합니다. 겨울에는 눈 덮인 경사를 고려하십시오. 이른 시즌 눈 슬라이드는 작고 시즌 후반에 눈보라는 눈사태를 시작할 수 있습니다. 이 순서의 단계와 재앙 사이의 어딘가에 어떤 일이 진행되는 특정 스노우 팩이 있습니다. 다음 방해는 물방울, 눈사태 또는 그 사이의 무언가를 시작할 수 있습니다. 이러한 사건은 동등한 가능성으로 일어나지 않습니다. 오히려, 작은 캐스케이드는 더 큰 캐스케이드보다 기하 급수적으로 더 자주 발생하며, 이는 여전히 더 큰 것보다 기하 급수적으로 더 자주 발생합니다. 그러나 물리학 자들이 구성을 부르는 것처럼“중요한 지점에서”이벤트의 크기와 빈도는 간단한 지수 관계를 갖습니다. Bak은 그러한 달콤한 지점으로 조정하는 것이 뇌를 유능하고 유연한 정보 프로세서로 만들 것이라고 주장했습니다.
이 아이디어는 그 기복이있었습니다. 인디애나 대학교의 생물 물리학자인 존 베그 스 (John Beggs)는“뉴런 눈사태”라고 불리는 발사 뉴런의 연쇄 반응이 중요한 크기의 특성으로 인해 발생한다는 것을 발견했다. 즉, 모든 크기가 가능했지만, 그 중요한 지점의 눈 덮인 경사와 마찬가지로 눈사태의 빈도는 기하 급수적으로 크기에 달려있었습니다. Beggs는이“권력법”관계가 뇌 슬라이스가 중요하다는 것을 의미한다고 주장했다. 그러나 비평가들은 결국 타자기에서 원숭이가 생성 한 단어 주파수와 같은 무작위 시스템에 전력 법이 나타나기 때문에이 주장이 조기에 나타났습니다.
.지지자들은 다른 두 가지 수수께끼에 직면했습니다. 소위 중요한 지수는 전력법을 정의하는 소위 중요한 지수-예를 들어, 더 큰 눈사태와 비교하여 얼마나 많은 작은 눈사태가 발생하는지를 나타냅니다. 뇌의 반응 뒤에있는 보편적 메커니즘의 개념을 설정합니다. 더욱이, 실험 학자들은 동기화 된 신경파에서 더 강력한 중요성 징후를 발견했는데, 이는 경고 동물 뇌의 더 산란 된 발사 패턴보다 깊은 수면 중에 가장 자주 발생합니다. 이 차이는 중요성과 동기 사이의 관계를 예측하지 않은 연구자들을 당황했습니다.
이러한 과제를 해결하기 위해 Copelli와 그의 공동 작업자는 뇌가 동기화의 극한 사이를 스윙 할 수있는 특정 마취제를 사용하여 약물을 사용하여 수면의 전형적인 동기화 된 방식으로 발사되며 다른 시간은 깨어있는 뇌의 무작위 정전기와 비슷합니다. 이 그룹은 수십 개의 금속 프로브를 가진 1 차 시각 피질에서 신경 활동의 팽창을 기록하면서, 크기와 지속 시간, 크기와 지속 시간의 관계가 모든 비판적 지수와 함께 전력법 분포에 맞는다는 것을 발견했습니다.
그러나 더 나아가서, 그들은 뉴런이 특정 수준의 동기성으로 발사되었을 때,이 세 가지 지수는 간단한 방정식에 따라 함께 맞습니다. 지수들 사이의 이러한 관계는 2017 년 비평가들이 제안한 중요성에 대한보다 엄격한 테스트를 만족 시켰습니다. 마취 된 쥐의 뇌는 대부분의 시간을이 상태에 가깝게 보냈으며, 두 단계 사이의 분할 선 근처에서 맴 돌았습니다.
.“흡연 총입니다. 더 이상 탈출 할 수 없습니다.”라고이 연구에 관여하지 않은 Beggs는 말했습니다. "이것이 무작위라고 말하기는 매우 어렵습니다."
그러나 팀이 임계점이 어디로 떨어 졌는지 자세히 살펴 보았을 때, 그들은 원래의 중요한 뇌 가설에 의해 예측 된 바와 같이, 쥐 뇌가 낮은 뉴런 활동의 단계에서 균형을 잡지 않았다는 것을 발견했다. 오히려, 임계점은 뉴런이 동시에 발사 된 단계와 뉴런의 일관성이없는 발사를 특징으로하는 단계를 분리 하였다. 이 차이점은 과거의 중요도 검색의 적중 또는 히트 특성을 설명 할 수 있습니다. 코펠리의 동료이자 연구의 공동 저자 인 페드로 카렐리 (Pedro Carelli)는“초기 연구에서 데이터를 조정했다는 사실은 실제로 더 일반적인 것을 지적한다”고 말했다. 5 월 말
그러나 마취 된 뇌는 자연스럽지 않으므로 과학자들은 자유 로밍 마우스에서 신경 활동을 설명하는 공개 데이터에 대한 분석을 반복했습니다. 그들은 동물의 두뇌가 때때로 2017 년부터 새로운 골드 표준을 만족시키는 비판을 경험했다는 증거를 다시 발견했습니다. 그러나 마취 된 쥐와는 달리 마우스 뇌의 뉴런은 대부분의 시간을 비동기 적으로 발사하는 데 시간을 보냈습니다.
Copelli와 Carelli는이 관찰이 뇌가 임계점 근처에있는 것을 선호한다는 개념에 도전하고 있음을 인정합니다. 그러나 그들은 또한 깨어있는 동물 실험 자체 (엄청나게 비싸다)를 실행하지 않으면 마우스 데이터를 결정적으로 해석 할 수 없다고 강조합니다. 예를 들어, 실험 중에 수면 불량은 동물의 두뇌를 비판적으로 바꾸어 놓을 수 있다고 코펠리는 말했다.
그들과 그들의 동료들은 또한 원숭이와 거북이에 대한 공개 데이터를 분석했습니다. 데이터 세트가 너무 제한되어있어 전체 3-exponent 관계에 따라 중요도를 확인하기에는 팀은 눈사태 크기와 기간의 분포를 나타내는 두 가지 다른 전력법 지수 사이의 비율을 계산했습니다. 눈사태가 얼마나 빨리 퍼지는지를 나타내는이 비율은 종과 동물이 마취 상태인지 여부에 관계없이 항상 동일했습니다. 코펠리는“물리학 자에게는 일종의 보편적 메커니즘을 암시한다”고 말했다.
프랑스의 국립 과학 연구 센터 (CNR)의 알랭 데스 덱스 (Alain Destexhe)는 세 가지 지수와 관련된 방정식을 비판적 테스트로 제안한 비평가 인 결과의 보편성을“놀랍다”고 불렀지 만 비판적 뇌 지지자들이 말하는 것을 의미하는지 확실하지 않다고 말했다. 그는 경고 뇌의 눈사태가 깊은 마취하에있는 두뇌의 뇌와 유사하게 균형을 이루기 때문에 - 감각 입력이 없을 때, 중요성은 뇌가 정보를 처리하는 방식과 아무 관련이 없으며 뇌 역학의 다른 측면에 기인 할 수 있다고 지적합니다.
.다음으로 브라질 팀은 쥐의 동기 및 비동기식 뇌 단계가 행동과 어떻게 관련되어 있는지 연구하기를 희망합니다. 동기화 된 버스트가 수면 중에 일반적이지만 깨어있는 두뇌에서도 발생한다는 사실에 의해 복잡한 퍼즐입니다.
.다른 연구는 수면을 불안정한 뇌를 중요한 지점으로 회복시키는 것과 관련이 있었으며, Beggs는 언젠가는 언젠가 정신 건강과 뇌의 물리 사이에 더 깊은 연결을 확립 할 수 있다고 생각합니다. 그러나 먼저 Copelli는 중요성 분야가보다 기본적인 질문을 해결해야한다고 말합니다. "현재 이론은 결과를 설명 할 수 없습니다."라고 그는 자신과 그의 동료들의 새로운 발견을 의미합니다.“그래서 모델을위한 레이스를 다시 시작합니다.”
.이 기사는 에 재 인쇄되었습니다 spektrum.de 및 의 스페인어 Inversigacionyciencia.es .
