Amikor egy mágnest felmelegítenek, elér egy kritikus pontot, ahol elveszíti mágnesességét, ami a fázisok közötti átmenetet jelzi. A Northwestern Egyetem friss tanulmánya pedig ennek analógiájára meglehetősen bizarr felfedezésről ír: az agy szerkezete is egy hasonló kritikus pont közelében található – számol be róla az egyetem sajtóközleménye. Ez a jelenség egyébként az eredmények alapján univerzális lehet a különböző fajoknál, vagyis nem csak embereknél figyelték meg, de az egereknél, sőt a gyümölcslegyeknél is.

A vezető szerző, Kovács István és az első szerző, Helen Ansell sejtszinten vizsgálta az agy szerkezetét, és felfedezték, hogy az agy közel jár a fázisátalakuláshoz. Miként Ansell fogalmaz:

“Úgy tűnik, hogy az agy sejtszintű szerkezete fázisátalakulás közelében jár. Egy, a mindennapi életből vett példa erre, amikor a jég vízzé olvad. Még mindig vízmolekulákról van szó, de már megjelenik az átmenet szilárdból folyékonyba. Természetesen nem azt mondjuk, hogy az agy el fog olvadni. Valójában azt sem tudjuk, hogy melyik két fázis között áll az agy. Mert ha a kritikus ponton bármely oldalon túlbillenne, akkor már nem beszélhetnénk agyról.”

Kovács, a Northwestern Egyetem fizika és csillagászat adjunktusa, valamint Ansell, aki jelenleg Tarbutton-ösztöndíjas az Emory Egyetemen, 3D agyrekonstrukciók hatalmas adatkészleteit használták a Communications Physics folyóiratban publikált tanulmányhoz. A két kutató statisztikai fizikai technikákat alkalmazott a neuronok fizikai szerkezetének nanoméretű felbontású elemzésére. Az eredmények alapján a neuronok szerkezete olyan, mint egy fraktál: bármilyen szinten vizsgáljuk, a kisebb részek hasonlítanak a nagyobb egészhez. Emellett a neuronok méretei nagyon változatosak, ami szintén jellemző a kritikus állapotban lévő rendszerekre.

Az ilyen rendszerek a rendezettség és a rendezetlenség határán vannak, ami a bonyolult agyi dinamikák alapját képezheti. Mindez pedig, ahogy arról fentebb már szó volt, univerzális jelenségnek tűnik – mint Ansell hozzáteszi:

“Kezdetben ezek a struktúrák egészen másképp néznek ki – a teljes légy agy nagyjából akkora, mint egy kisebb emberi neuron. De aztán olyan megjelenő tulajdonságokat találtunk, amelyek meglepően hasonlóak.”

Ez a felfedezés megmagyarázhatja, hogy a különböző fajok agya miért működik hasonló alapelvek mentén, még ha ezek az agyak nagyon is különböznek egymástól.

Kovács ehhez azt tette még hozzá, hogy az élőlényekre jellemző konzisztens kritikus exponensek arra utalnak, hogy egyszerű fizikai modellek is leírhatják az agy szerkezetének a statisztikai mintázatait. Ez pedig nem csak az agy dinamikájának megértése miatt fontos fejlemény, de felhasználható a mesterséges neurális hálózatok fejlesztéséhez is. A jövőbeli kutatások során épp ezért ezeket a technikákat nagyobb agyrészekre és több szervezetre is kiterjesztik, hogy kiderüljön, ez az egyetemes jelleg valóban igaz-e.

(Kép: az emberi agykéreg egy kis területén kiválasztott neuronok 3D rekonstrukciója. Forrás: Harvard/Google)