بر اساس مطالعه‌ای جدید ماده‌ی مغز ما در یک فرآیند تغییر فاز گیر کرده است!

بر اساس الگوهای فراکتال (طرح‌های پر پیچ و شکن که در ریاضیات دارای تعریف دقیق است) در نورون‌ها، محققان معتقدند که مغز ما در نزدیکی یک حالت بحرانی قرار دارد، نقطه‌ای که بسیار نزدیک به تغییر از یک حالت ماده به حالت دیگر است. البته آن‌ها اذعان می‌کنند که نمی‌دانند این دو حالت چه می‌توانند باشند!

شاید فکر کنید مغز شما کاملاً جامد است، اما تحقیقات جدید می‌گوید ترکیب آن ممکن است این‌قدر ساده نباشد. دانشمندان دانشگاه نورث‌وسترن اجزایی از نورون‌ها را شناسایی کرده‌اند که با موادی که در حال گذار فازی (انتقال از یک حالت ماده مانند مایع به حالت دیگر مانند گاز) هستند، شباهت دارند.

هلن انسِل از دانشگاه نورث‌وسترن و نویسنده‌ی اصلی این مقاله گفت:

«ساختار مغز در سطح سلولی به نظر می‌رسد نزدیک به یک گذار فازی باشد، مثالی روزمره از این موضوع زمانی است که یخ به آب تبدیل می‌شود. آنها همچنان مولکول‌های آب هستند، اما در حال گذار از جامد به مایع. ما قطعاً نمی‌گوییم که مغز در حال ذوب شدن است. در واقع، ما راهی برای دانستن اینکه مغز بین چه دو حالتی می‌تواند گذار داشته باشد نداریم. زیرا اگر هر کدام از دوسوی‌ نقطه‌ی بحرانی وجود داشت، مغز دیگر در این حالت باقی نمی‌ماند.»

برای رسیدن به نتایج مطرح‌شده در مقاله‌ای که به تازگی در Scientific Reports منتشر شده است، انسِل و همکارش ایستوان کوواچ، تصاویر سه‌بعدی مغز انسان، موش و مگس که به صورت عمومی در دسترس بودند را بررسی کردند. با مشاهده‌ی این تصاویر در مقیاس نانو، آن‌ها دریافتند که بافت مغز ویژگی‌های اصلی و اساسی پدیده بحرانی بودن را نشان می‌دهد، نقطه‌ای که در آن یک ماده در شُرُف تغییر از یک حالت ماده به حالت دیگر است یا در حال تغییر است.

یکی از اصلی‌ترین نشانگرهایی که محققان بر آن تمرکز کردند، این است که سلول‌های مغز در مقیاس نانو الگوهای فراکتالی نشان می‌دهند که «خود مشابه» هستند. این به این معناست که یک بخش کوچک از الگو شباهت به کل الگو دارد. محققان همچنین توزیع‌های سایزی گسترده‌ای بین نورون‌ها و تنوع در بخش‌های مختلف نورون‌ها یافتند.

کوواچ گفت:

«این‌ها چیزهایی هستند که ما در همه سیستم‌های بحرانی در فیزیک می‌بینیم، به نظر می‌رسد مغز در یک تعادل حساس بین دو فاز قرار دارد.»

به طرز شگفت‌انگیزی، نشانه‌های بحرانی بودن علاوه بر بافت مغز انسان در مغز موش و مگس نیز دیده شدند. محققان معتقدند این موضوع ممکن است به نوعی ویژگی تغییر فاز در همه مغزها اشاره کند.

هلن انسِل:

«ابتدا این ساختارها کاملاً متفاوت به نظر می‌رسند، یک مغز کامل مگس تقریباً به اندازه یک نورون کوچک انسانی است. اما در انتها ما ویژگی‌هایی یافتیم که به طرز شگفت‌آوری مشابه بودند.»

کوواچ گفت:

«در میان ویژگی‌های زیادی که در میان موجودات مختلف بسیار متفاوت هستند، ما به تئوری فیزیک آماری اعتماد کردیم تا بررسی کنیم کدام معیارها احتمالاً جهان‌شمول هستند، مانند توان‌های بحرانی. در واقع، این‌ها در میان موجودات مختلف سازگار هستند.»

محققان می‌گویند یافته‌های آن‌ها می‌تواند به شکل‌دهی مجدد مدل‌های آماری مغز کمک کند و احتمالاً به توسعه شبکه‌های عصبی در رایانه‌ها کمک کند. آن‌ها همچنین می‌گویند تحقیقات خود را ادامه خواهند داد و به بررسی موجودات مختلف می‌پردازند تا ببینند آیا حالت بحرانی به صورت گسترده‌تری رخ می‌دهد یا نه.

منبع: Newatlas