Гора песка, землетрясение, лесной пожар и снежная лавина. Что общего у них с мозгом человека? Каждое из этих явлений - динамическая система в самоорганизованном критическом состоянии. Согласно новому исследованию, проведенному в Кембридже, результаты которого опубликованы в журнале PLoS Computational Biology, головной мозг тоже является такой системой.

Системы, находящиеся в критическом состоянии, балансируют на пороге перехода от упорядоченного к случайному поведению. Рассмотрим, для примера, кучу песка. Песчинки, накапливаясь образуют наклонную поверхность. На определенном этапе, формирование склона достигает критического отметки, и добавление даже одной песчинки вызовет лавину, которая может быть как маленькой, так и большой. Мы не можем точно предсказать момент схода лавины или ее масштабы. Но мы знаем, что при достижении критического состояния в системе возможно несколько вариантов развития.

По сути, такая система, в целом, стабильна, но в ней есть участки нестабильности. Такая локальная нестабильность (небольшие оползни в груде песка) можетт привести к нестабильности системы в целом (крупные лавины, ведущие к разрушению груды песка). В результате этого, система переходит в новое устойчивое состояние. Другими словами, груда песка реорганизует себя.

Исследователи использовали самый современный метод визуализации головного мозга для оценки динамики изменений в синхронизации деятельности между различными регионами функциональных сетей в человеческом мозге. Их результаты свидетельствуют о том, что мозг работает в самоорганизованном критическом состоянии. В поддержку этого заключения, была исследована синхронизация активности в расчетных моделях, и показано, что динамический головного мозга был точно отражен в модели. В совокупности, эти результаты составляют веские доказательства в пользу идеи о том, что человеческий мозг динамически существует в критическом состоянии.

Это исследование отражает новый подход к пониманию того, как мозг функционирует на грани полного хаоса. Далее необходимо изучить взаимосвязь критического состояния мозга и способности к адаптации, а так же когнитивных возможностей в целом. Пока найдено немного доказательств для формирования целостной картины, но данное исследование подготовило почву для продолжения исследований.

Еще один интересный вопрос для последующего изучения это степень связи динамики критических состояния и психических расстройств. Возможно, что лучшее понимание того, каким образом мозг колеблется на грани случайности, позволит более эффективно лечить некоторые заболевания.

Kitzbichler et al. Broadband Criticality of Human Brain Network Synchronization. PLoS Computational Biology, March 20, 2009; 5 (3): e1000314 DOI: 10.1371/journal.pcbi.1000314

Источник: Neuronarrative.

Автор фотографии marsmensch_1984