Ученые доказали: мозг работает возле, но не на критической точке

Учёные из Университета Гранады под руководством Рубена Кальво в 2024 году провели исследование, которое подтвердило, что мозг человека работает вблизи критической точки, но не достигает её. При этом многие признаки критичности в данных о мозговой активности объясняются статистическими искажениями.

• Критическая точка — граница между упорядоченной и хаотической динамикой мозга.
• Признаки критичности могут возникать из-за автокорреляции и ограниченного объёма данных.
• Разработана модель без связей между мозговыми областями, воспроизводящая ложные признаки критичности.
• Предложено три метода предотвращения артефактов: рандомизация, усреднение данных и сопоставление с моделями.
• Анализ fMRI данных 136 участников показал, что мозг работает ниже критической точки.
• Низкая позиция относительно критической точки сохраняет баланс между гибкостью и устойчивостью мозга.
• Планы на будущее включают изучение влияния возраста и болезней на критическую динамику.

Что такое критическая точка в работе мозга?

Критическая точка в нейробиологии — это состояние, при котором мозг находится на грани между упорядоченной и хаотической активностью. Такое состояние обеспечивает широкий динамический диапазон и высокую чувствительность к внешним стимулам, что способствует эффективной обработке информации. Учёные уже давно обсуждают, насколько мозг реально функционирует в этом режиме и как это связано с когнитивными возможностями.

Как исследователи пришли к новым выводам

Команда под руководством Рубена Кальво установила, что многие признаки критичности могут появляться из-за статистических особенностей данных, таких как временная автокорреляция и ограниченный размер выборки. Для проверки они создали модель мозговой активности, в которой отсутствовали связи между областями, и тем не менее получали масштабные закономерности, похожие на критическое состояние.

Для устранения ложных сигналов учёные применили:

1. Рандомизацию временных сдвигов сигналов.
2. Интеграцию данных от разных участников.
3. Сравнение показателей с предсказаниями контрольной модели.

Применение этих методов к крупной базе данных fMRI — LEMON, включающей 136 человек, показало, что мозг действительно работает в состоянии, близком к критической точке, но находится немного ниже её. Это объясняет, как мозг сохраняет преимущества работы в критическом режиме и одновременно избегает нестабильности.

Таким образом, исследование уточняет понимание динамики мозга и подчеркивает важность корректных статистических методов при анализе нейроданных. В будущем учёные планируют рассмотреть, как возраст, заболевания и когнитивные состояния влияют на положение мозга относительно критической точки.