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一项新的研究称，我们的大脑物质停留在相变阶段
基于神经元的分形模式，研究人员认为，我们的大脑处于或接近一种被称为临界的状态，在这种状态下，它们非常接近于从一种物质状态转变为另一种物质状态。研究人员也承认，他们不知道这两个状态是什么。
你可能认为你的大脑是非常坚固的，但新的研究表明，它的组成可能没有那么简单。西北大学的科学家们已经确定了神经元的组成部分，这些成分与经历相移的物质相匹配 —— 从一种物质状态（如液体）到另一种物质状态（如气体）的转变。
“大脑在细胞水平上的结构似乎接近一个相变，”西北大学的海伦·安塞尔说，她是一篇关于这一发现的论文的第一作者。“一个日常的例子是冰融化成水。它仍然是水分子，但它们正在经历从固体到液体的转变。我们当然不是说大脑快要融化了。事实上，我们没有办法知道大脑可能在哪两个阶段之间过渡。因为如果它在临界点的任何一边，它就不是大脑了。”
为了得出刚刚发表在《科学报告》上的论文中提出的结论，安塞尔和他的同事István Kovács研究了人类、老鼠和果蝇的公开3D大脑图像。在纳米尺度上观察这些图像，他们发现脑组织表现出被称为临界的普遍尺度特征，即物质即将或已经经历从一种物质状态转变为另一种物质状态的临界点。
研究人员关注的一个主要指标是，在纳米尺度上，脑细胞表现出“自我相似”的分形模式。这意味着模式的一小部分与整个模式相似。研究人员还发现，神经元之间的大小分布广泛，不同的神经元节段也各不相同。
“这些都是我们在物理学中所有关键系统中看到的东西，”Kovács说。“大脑似乎处于两个阶段之间的微妙平衡。”
令人惊讶的是，除了人类脑组织外，在大鼠和果蝇的大脑中也发现了临界特征。研究人员说，这可能表明所有大脑都存在某种相变。
安塞尔说：“最初，这些结构看起来非常不同 —— 一个完整的苍蝇大脑大约是一个小的人类神经元的大小。但后来我们发现了一些惊人相似的新特性。”
“在生物之间非常不同的许多特征中，我们依靠统计物理学的建议来检查哪些措施可能是普遍的，例如临界指数。事实上，这些在生物体中是一致的，”Kovács说。
研究人员表示，他们的发现可以帮助重塑大脑的统计模型，并可能为计算机神经网络的发展提供信息。他们还表示，他们将继续研究，观察不同的生物体，看看临界状态是否更普遍适用。
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快照生成时间：2024-06-29 12:45:22
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