Критичность между состояниями Коры головного мозга

В последнее время находится все больше доказательств тому, что динамика работы мозга - и у людей, и у животных - протекает в критическом режиме. Это означает, что активность мозга в "спокойном" состоянии, в отсутствии внешних стимулов, является самоподобной и лишена определенных пространственных и временных масштабов. Паттерны активации нейронов в критическом режиме носят характер самопроизвольных лавин, размеры и длительности которых могут быть самыми разными - от крошечных до гигантских, простиратясь на несколько порядков.

Недавний анализ большого объема экспериментальных данных по динамике активации нейронов мышей, крыс, макак и черепах показал, что при определенной средней активности мозга динамика возбуждений нейронов у каждого животного действительно является критической. Лавины активации нейронов в этом режиме имеют степенные распределения размеров и длительностей. Во всех изученных случаях выполнются и определенные соотношения между критическими индексами (теми самыми степенями в распределениях), ожидаемые из теории критических явлений.

С момента первых измерений нейронных лавин критическая гипотеза о мозге набрала обороты. Однако, если мозг критичен, что такое фазовый переход? В течение нескольких десятилетий было известно, что кора головного мозга работает в различных режимах, начиная от очень синхронных состояний (с более высокой вариабельностью всплесков) и заканчивая десинхронизированными состояниями (с более низкой вариабельностью всплесков). Здесь, используя как новые, так и общедоступные данные, мы проверяем независимые сигнатуры критичности и показываем, что фазовый переход происходит при промежуточном значении вариабельности шипов, как у обезболиваемых, так и у свободно движущихся животных. Критические показатели указывают на класс универсальности, отличный от перколяции, направленной на среднее поле. Важно отметить, что по мере того, как кортекс колеблется вокруг этой критической точки, показатели лавины следуют линейной зависимости, которая охватывает предыдущие экспериментальные результаты из различных установок и воспроизводится моделью.

Источник: journals.aps.org

Комментарии: