Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Oorganisering av menneskelig hjerne er nesten ideell

Anonim

Har du noen gang lurt på hvorfor den menneskelige hjernen utviklet seg slik den gjorde?

annonse


En ny studie av den nordøstlige fysikeren Dmitri Krioukov og hans kolleger foreslår et svar: å fremskynde overføringen av informasjon fra en hjerneområde til en annen, slik at vi kan operere i toppkapasitet.

Papiret, publisert i 3. juli-utgaven av Nature Communications, avslører at strukturen i den menneskelige hjerne har et nesten ideelt nettverk av forbindelser - koblingene som tillater informasjon å reise fra, for eksempel den hørbare cortexen (ansvarlig for hørsel) til Motorkortexen (ansvarlig for bevegelse), slik at vi kan gjøre alt fra å øke vår hånd i klassen som svar på et spørsmål som stikker ut i takt med 1975-tallet.

Funnene representerer mer enn en bekreftelse på vår evolusjonære fremgang. De kunne ha viktige implikasjoner for å finne årsaken til nevrologiske lidelser og til slutt utvikle behandlinger for å behandle dem.

"Et optimalt nettverk i hjernen ville ha det minste antallet tilkoblinger som er mulig, for å minimere kostnadene, og samtidig ville det ha maksimal navigasjonsevne - det vil si de mest direkte veier for å dirigere signaler fra en mulig kilde til en hvilken som helst destinasjon, sier Krioukov. Det er en balanse, forklarer han, hever og senker hendene for å indikere en skala. Studien presenterer en ny strategi for å finne sammenhenger som oppnår denne balansen eller, som han sier, "det søte stedet".

Krioukov, en lektor ved Institutt for fysikk, studerer nettverk, fra de som er relatert til massive Internett datasett til de som definerer hjernen vår. I den nye forskningen brukte han og hans medforfattere sofistikerte statistiske analyser basert på nobelpristageren John Nashs bidrag til spillteori for å lage et kart over et idealisert hjernenettverk - en som optimaliserte overføringen av informasjon. De sammenlignet deretter det idealiserte kartet av hjernen til et kart over hjernens virkelige nettverk og spurte spørsmålet "Hvor nær er de to?"

Bemerkelsesverdig så. De var overrasket over at 89 prosent av forbindelsene i det idealiserte hjernenettverket dukket opp i det virkelige hjernenettverket også. "Det betyr at hjernen er utviklet for å være veldig, svært nær hva vår algoritme viser, " sier Krioukov.

Vitenskapernes strategi springer tradisjon: Den kan fungere - i dette tilfellet navigasjonsevne - kjører strukturen til det idealiserte nettverket, og viser dermed hvilke koblinger som er avgjørende for optimal navigasjon. De fleste forskere i feltet, sier Krioukov, bygger modeller av det virkelige nettverket først, og først da adressefunksjon, en tilnærming som ikke markerer de mest avgjørende linkene.

Den nye strategien kan også overføres til en rekke fagområder. Studien, hvis medforfattere er ved Budapest Universitet for teknologi og økonomi, kartlagt seks forskjellige navigable nettverk totalt, inkludert Internett, amerikanske airports og ungarske veier. Det ungarske veinettet, for eksempel, ga reisende "luksusen til å reise på en reise uten kart, " forfatterne skrev.

Fremtidige bruksområder av forskningsperspektivene også. Å vite hvilke koblinger i et nettverk som er mest kritiske for navigasjon, forteller deg hvor du skal fokusere beskyttende tiltak, om nettstedet er Internett, veier, togruter eller flymønstre.

Omvendt, hvis du er en god fyr som står overfor et terroristnettverk, vet du hvilke koblinger du vil angripe først, sier Krioukov. En systemdesigner kan finne de manglende tilkoblingene som er nødvendige for å maksimere navigasjonsevnen til et datanettverk og legge til dem.

I hjernen er linkene som finnes i det idealiserte nettverket sannsynligvis de som kreves for normal hjernefunksjon, sier Krioukov. Han peker på en labyrint av magenta og turkise tangles som veier gjennom en hjerneeksempel i hans papir og sporer den magenta stien, som er til stede i både de ideelle og virkelige hjernene.

"Så vi mistenker at de er de viktigste kandidatene til å se på om noen sykdom utvikler seg - for å se om de er døde eller ødelagte."

Ser frem til fremtiden, spekulerer han på at når slike lenker er identifisert, kan nye medisiner eller kirurgiske teknikker utvikles for å målrette dem og reparere eller omgå skaden.

"På slutten av dagen er det vi prøver å gjøre, å fikse det syke nettverket slik at det kan gjenoppta sin normale funksjon, " sier Krioukov.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Northeastern University . Original skrevet av Thea Singer. Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. András Gulyás, József J. Bíró, Attila Kőrösi, Gábor Rétvári, Dmitri Krioukov. Navigerbare nettverk som Nash-likeveier av navigasjonsspill . Nature Communications, 2015; 6: 7651 DOI: 10, 1038 / ncomms8651