مغز ما در آستانه‌ی گذار فاز قرار دارد، یافته‌های پژوهش جدید
بر اساس الگوهای فراکتالی در نورون‌ها، محققان بر این باورند که مغز ما در وضعیتی به نام «بحرانی» قرار دارد یا به آن نزدیک است. در این وضعیت، مغز به شدت در معرض تغییر از یک حالت ماده به حالت دیگر است. با این حال، خود پژوهشگران نیز اذعان می‌کنند که نمی‌دانند این دو حالت ماده چه هستند.
اخبار بازار ایران؛ مهرداد تیموری – شاید فکر کنید مغز شما کاملاً ثابت است، اما پژوهش جدیدی می‌گوید ساختار آن ممکن است چندان سرراست نباشد. دانشمندان در دانشگاه نورث‌وسترن اجزایی از نورون‌ها را شناسایی کرده‌اند که با مواد در حال گذار فاز مطابقت دارند. منظور از گذار فاز، تغییر ماده از یک حالت به حالت دیگر است، مانند تبدیل مایع به گاز.
هلن آنسل، نویسنده‌ی اول مقاله و از محققان دانشگاه نورث‌وسترن می‌گوید: «به نظر می‌رسد ساختار مغز در سطح سلولی، نزدیک به یک گذار فاز باشد. مثال روزمره‌ای از این پدیده، ذوب شدن یخ به آب است. در این حالت، همچنان با مولکول‌های آب طرف هستیم، اما آن‌ها در حال گذار از حالت جامد به مایع هستند. قطعاً منظور ما این نیست که مغز در آستانه‌ی ذوب شدن قرار دارد. درواقع، نمی‌دانیم مغز در حال گذار بین کدام دو فاز است. چرا که اگر در هر طرف از نقطه‌ی بحرانی باشد، دیگر نمی‌توان آن را مغز نامید.»
برای رسیدن به نتایج ارائه‌شده در این مقاله که به تازگی در نشریه‌ی «Nature Communications Physics» منتشر شده است، آنسل و همکارش، ایشتوان کوواچ، تصاویر سه‌بعدی از مغز انسان، موش و مگس میوه را که در دسترس عموم بود، بررسی کردند. آن‌ها با نگاه کردن به این تصاویر در مقیاس نانو، دریافتند که بافت مغز ویژگی‌هایی از مقیاس‌بندی جهانی به نام «بحرانی» را از خود نشان می‌دهد. «بحرانی» نقطه‌ای است که در آن یک ماده در آستانه‌ی تغییر از یک حالت به حالت دیگر است یا در حال حاضر، این تغییر را تجربه می‌کند.
یکی از نشانه‌های اصلی که محققان روی آن تمرکز کرده‌اند، این است که سلول‌های مغزی در مقیاس نانو، الگوهای فراکتالی «خودشبیه» را نشان می‌دهند. این بدان معناست که بخش کوچکی از الگو شبیه کل الگو است. همچنین محققان توزیع گسترده‌ی اندازه‌ها را در میان نورون‌ها و تنوع در بخش‌های مختلف نورون‌ها کشف کردند.
کوواچ می‌گوید: «این‌ها چیزهایی هستند که در تمام سیستم‌های بحرانی در فیزیک می‌بینیم. به نظر می‌رسد مغز در تعادل ظریفی بین دو فاز قرار دارد.»
نکته‌ی جالب توجه این است که علاوه بر بافت مغز انسان، نشانه‌های «بحرانی» در مغز موش و مگس میوه نیز مشاهده شد. این موضوع می‌تواند به نوعی ویژگی «گذار فاز» در همه‌ی مغزها اشاره داشته باشد.
آنسل می‌گوید: «در نگاه اول، این ساختارها کاملاً متفاوت به نظر می‌رسند – کل مغز یک مگس میوه تقریباً به اندازه‌ی یک نورون کوچک انسان است. اما بعد متوجه شدیم که ویژگی‌های نوظهوری وجود دارند که به طرز شگفت‌انگیزی شبیه به هم هستند.»
کوواچ می‌گوید: «در میان ویژگی‌های متعددی که در موجودات مختلف بسیار متفاوت‌اند، ما بر اساس پیشنهادات فیزیک آماری، روی سنجه‌هایی تمرکز کردیم که بالقوه جهانی هستند، مانند نمادهای بحرانی. درواقع، این نمادها در تمام موجودات همخوانی دارند.»
محققان می‌گویند یافته‌های آن‌ها می‌تواند به بازسازی مدل‌های آماری مغز و احتمالاً پیشرفت در توسعه‌ی شبکه‌های عصبی در رایانه‌ها کمک کند. آن‌ها همچنین می‌گویند که تحقیقات خود را ادامه خواهند داد و به بررسی موجودات مختلف برای یافتن شواهدی از اعمال جهانی‌تر حالت بحرانی خواهند پرداخت.
