Гипотеза критического мозга
В нейробиологии гипотеза критического мозга утверждает, что определенные биологические нейронные сети работают вблизи фазовых переходов . [1] [2] [3] Экспериментальные записи больших групп нейронов показали всплески активности, так называемые нейрональные лавины, размеры которых подчиняются степенному закону распределения. Эти результаты и последующее воспроизведение в ряде настроек привели к гипотезе о том, что коллективная динамика крупных нейронных сетей в мозге работает близко к критической точке фазового перехода . [4] [5] Согласно этой гипотезе, активность мозга будет постоянно переходить между двумя фазами: одна, в которой активность будет быстро снижаться и угасать, и другая, когда активность будет нарастать и усиливаться с течением времени. [4] В критическом состоянии способность мозга обрабатывать информацию усиливается. [4] [6] [7] [8] Столь докритический, критический и слегка сверхкритический ветвящийся процесс мышления мог бы описать, как функционирует разум человека и животных.
История
[ редактировать ]Дискуссии о критичности мозга ведутся с 1950 года, когда была опубликована статья об игре-имитации теста Тьюринга. [9] В 1995 году Герц и Хопфилд отметили, что модели самоорганизованной критичности (SOC) для землетрясений математически эквивалентны сетям интегрирующих и активирующих нейронов, и предположили, что, возможно, SOC будет происходить в мозгу. [10] Одновременно Стассинопулос и Бак предложили простую модель нейронной сети, работающую на критическом уровне. [11] который позже был расширен Чиалво и Баком. [12] В 2003 году гипотеза нашла экспериментальное подтверждение Беггса и Пленца. [13] Гипотеза критического мозга не является консенсусом среди научного сообщества. [4] Тем не менее, существует все больше и больше поддержки этой гипотезы, поскольку все больше экспериментаторов начинают проверять ее утверждения, особенно in vivo на крысах с хроническими электрофизиологическими записями. [14] и мыши с электрофизиологическими записями высокой плотности. [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чиалво, Д.Р. (2010). «Эмерджентная сложная нейронная динамика». Физика природы . 6 (10): 744–750. arXiv : 1010.2530 . Бибкод : 2010NatPh...6..744C . дои : 10.1038/nphys1803 . S2CID 17584864 .
- ^ Гессен, Янина; Гросс, Тило (23 сентября 2014 г.). «Самоорганизованная критичность как фундаментальное свойство нейронных систем» . Границы системной нейронауки . 8 : 166. дои : 10.3389/fnsys.2014.00166 . ISSN 1662-5137 . ПМК 4171833 . ПМИД 25294989 .
- ^ Кьялво, ДР; Бак, П. (1 июня 1999 г.). «Учимся на ошибках». Нейронаука . 90 (4): 1137–1148. arXiv : adap-org/9707006 . дои : 10.1016/S0306-4522(98)00472-2 . ПМИД 10338284 . S2CID 1304836 .
- ^ Jump up to: а б с д Беггс, Джон М.; Тимме, Николас (2012). «Критическое отношение к критичности мозга» . Границы в физиологии . 3 : 163. doi : 10.3389/fphys.2012.00163 . ПМК 3369250 . ПМИД 22701101 .
- ^ ди Санто, Серена; Вильегас, Пабло; Буриони, Рафаэлла; Муньос, Мигель А. (13 февраля 2018 г.). «Теория динамики коры Ландау – Гинзбурга: на грани синхронизации возникают безмасштабные лавины» . Труды Национальной академии наук . 115 (7): E1356–E1365. arXiv : 1801.10356 . Бибкод : 2018PNAS..115E1356D . дои : 10.1073/pnas.1712989115 . ПМК 5816155 . ПМИД 29378970 .
- ^ Киноучи, О.; Копелли, М. (2006). «Оптимальный динамический диапазон возбудимых сетей при критичности». Физика природы . 2 (5): 348–351. arXiv : q-bio/0601037 . Бибкод : 2006NatPh...2..348K . дои : 10.1038/nphys289 . S2CID 9650581 .
- ^ Беггс, Джон М. (2008). «Гипотеза критичности: как локальные корковые сети могут оптимизировать обработку информации». Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 366 (1864): 329–343. Бибкод : 2008RSPTA.366..329B . дои : 10.1098/rsta.2007.2092 . ПМИД 17673410 . S2CID 9790287 .
- ^ Шью, WL; Ян, Х.; Петерманн, Т.; Рой, Р.; Пленц, Д. (2009). «Нейрональные лавины подразумевают максимальный динамический диапазон в корковых сетях в критическом состоянии» . Журнал неврологии . 29 (49): 15595–15600. doi : 10.1523/jneurosci.3864-09.2009 . ПМЦ 3862241 . ПМИД 20007483 .
- ^ Тьюринг, AM (1950). «Вычислительная техника и интеллект». Разум . 59 (236): 433–460. дои : 10.1093/mind/lix.236.433 .
- ^ Герц, А.В.; Хопфилд, Джей-Джей (1995). «Циклы землетрясений и нейронные реверберации: коллективные колебания в системах с импульсно-связанными пороговыми элементами». Письма о физических отзывах . 75 (6): 1222–1225. Бибкод : 1995PhRvL..75.1222H . дои : 10.1103/physrevlett.75.1222 . ПМИД 10060236 .
- ^ Стассинопулос, Димитрис; Бак, Пер (1 мая 1995 г.). «Демократическое подкрепление: принцип функционирования мозга». Физический обзор E . 51 (5): 5033–5039. Бибкод : 1995PhRvE..51.5033S . дои : 10.1103/PhysRevE.51.5033 . ПМИД 9963215 .
- ^ Кьялво, ДР; Бак, П. (1999). «Учимся на ошибках». Нейронаука . 90 (4): 1137–1148. arXiv : adap-org/9707006 . дои : 10.1016/s0306-4522(98)00472-2 . ПМИД 10338284 . S2CID 1304836 .
- ^ Беггс, Дж. М.; Пленц, Д. (2003). «Нейрональные лавины в неокортикальных цепях» . Журнал неврологии . 23 (35): 11167–11177. doi : 10.1523/jneurosci.23-35-11167.2003 . ПМК 6741045 . ПМИД 14657176 .
- ^ Ма, Чжэнъюй; Турриджано, Джина Г.; Вессель, Ральф; Хенген, Кейт Б. (2019). «Динамика корковых цепей гомеостатически настроена на критичность in vivo» . Нейрон . 104 (4). Эльзевир Б.В.: 655–664.e4. дои : 10.1016/j.neuron.2019.08.031 . ISSN 0896-6273 . ПМК 6934140 . ПМИД 31601510 .
- ^ Смит, Уэсли К. (3 августа 2022 г.). Количественная оценка нейронной критичности и сложности in vivo в коре головного мозга и стриатуме мыши в модели абстиненции кокаина (отчет). дои : 10.1101/2022.08.02.501652 .