Критическая гипотеза мозга - Critical brain hypothesis

В нейробиология, то критическая гипотеза мозга заявляет, что некоторые биологические нейронные сети работать рядом фазовые переходы.[1][2][3][4] Экспериментальные записи от больших групп нейронов показали всплески активности, так называемые нейронные лавины, размеры которых соответствуют сила закона распределение. Эти результаты и их последующее воспроизведение в ряде настроек привели к гипотезе о том, что коллективная динамика больших нейронных сетей в головном мозге работает близко к критическая точка из фаза перехода.[5] Согласно этой гипотезе, активность мозга будет непрерывно переходить между двумя фазами, в одной из которых активность будет быстро снижаться и умирать, а в другой - нарастать и усиливаться с течением времени.[5] В критичности мозг возможности обработки информации увеличены,[5][6][7][8] такой подкритический, критический и слегка сверхкритический процесс ветвления мыслей может описать, как функционирует разум человека и животных.[1]

История

Обсуждение критичности мозга велось с 1950 года, когда была опубликована статья об имитационной игре для теста Тьюринга.[9] В 1995 году Герц и Хопфилд отметили, что самоорганизованная критичность (SOC) модели землетрясений были математически эквивалентны сетям нейронов, объединяющих и запускающих, и предполагали, что, возможно, SOC будет происходить в мозге.[10] Одновременно Стасинопулос и Бак предложили простую модель нейронной сети, работающую при критичности.[11] который был расширен Кьялво и Баком.[12] В 2003 году гипотеза нашла экспериментальное подтверждение у Беггса и Пленца.[13] Гипотеза о критическом мозге не является консенсусом среди научного сообщества.[5]

Рекомендации

  1. ^ а б Людмила Брочини, Ариадна де Андраде Коста, Мигель Абади, Антониу К. Роке, Хорхе Стольфи, Осаме Кинучи. Фазовые переходы и самоорганизованная критичность в сетях стохастических импульсных нейронов. Доступны на arXiv:1606.06391
  2. ^ Кьялво, Д. Р. (2010). «Эмерджентная сложная нейронная динамика». Природа Физика. 6: 744–750. arXiv:1010.2530. Bibcode:2010НатФ ... 6..744С. Дои:10.1038 / nphys1803.
  3. ^ Гессе, Дж. И Гросс, Т. Самоорганизованная критичность как фундаментальное свойство нейронных систем. Критичность как признак здоровых нейронных систем: многомасштабные экспериментальные и вычислительные исследования (2015)
  4. ^ Chialvo, D. R .; Бак, П. (1999-06-01). «Учимся на ошибках». Неврология. 90 (4): 1137–1148. arXiv:adap-org / 9707006. Дои:10.1016 / S0306-4522 (98) 00472-2. PMID  10338284.
  5. ^ а б c d Беггс, Джон М., Тимм, Николас. Критическое отношение к критичности в мозгу. Границы физиологии, 07, июнь 2012
  6. ^ Kinouchi, O .; Копелли, М. (2006). «Оптимальный динамический диапазон возбудимых сетей при критичности». Природа Физика. 2: 348–351. arXiv:q-bio / 0601037. Дои:10.1038 / nphys289.
  7. ^ Беггс, Дж. М. Гипотеза критичности: как локальные корковые сети могут оптимизировать обработку информации. Философские труды Лондонского королевского общества A: математические, физические и технические науки 366, 329–343 (2008).
  8. ^ Shew, W. L .; Ян, H .; Petermann, T .; Рой, Р .; Пленц, Д. (2009). «Нейронные лавины предполагают максимальный динамический диапазон в корковых сетях при критике». Журнал неврологии. 29: 15595–15600. Дои:10.1523 / jneurosci.3864-09.2009.
  9. ^ Тьюринг, А. М. (1950). «Вычислительная техника и интеллект». Разум. 59: 433–460. Дои:10.1093 / разум / lix.236.433.
  10. ^ Herz, A. V .; Хопфилд, Дж. Дж. (1995). «Циклы землетрясений и нейронные реверберации: коллективные колебания в системах с импульсными пороговыми элементами». Письма с физическими проверками. 75: 1222. Дои:10.1103 / Physrevlett.75.1222.
  11. ^ Стасинопулос, Димитрис; Бак, Пер (1995-05-01). «Демократическое подкрепление: принцип работы мозга». Физический обзор E. 51 (5): 5033–5039. Bibcode:1995PhRvE..51.5033S. Дои:10.1103 / PhysRevE.51.5033.
  12. ^ Chialvo, D.R .; Бак, П. (1999). «Учимся на ошибках». Неврология. 90 (4): 1137–1148. arXiv:adap-org / 9707006. Дои:10.1016 / s0306-4522 (98) 00472-2. PMID  10338284.
  13. ^ Beggs, J.M .; Пленц, Д. (2003). «Нейрональные лавины в контурах неокортекса». Журнал неврологии. 23: 11167–11177. Дои:10.1523 / jneurosci.23-35-11167.2003. ЧВК  6741045. PMID  14657176.