Foreningen mellem magnetiske systemer og visse tilstande af hjerneaktivitet

Forskere fra University of Granada (UGR) har for første gang bevist, at der er et tæt forhold mellem flere nye fænomener i magnetiske systemer (stærkt undersøgt af kondenserede fysikere) og visse tilstande af hjerneaktivitet.

Forskerne, der har offentliggjort deres arbejde i tidsskriftet Neurale netværk , har studeret en hjernemodel bestående af et afbalanceret neuronalt netværk med 80% excitatoriske synapser (dvs. neuronale forbindelser, der favoriserer transmission af information mellem neuroner) og 20% ​​hæmmersynapser (neuronale forbindelser, der forhindrer, at informationen transmitteres).

Interessant nok, UGR -forskernes oprindelige mål var at undersøge, hvordan den autistiske hjerne fungerer, som de havde til hensigt at udvikle en matematisk model, der ville gøre det muligt at analysere neuronale forbindelser af denne sygdom.

Imidlertid, efterhånden som deres forskning skred frem, de var i stand til at demonstrere, både matematisk og gennem computersimuleringer, eksistensen af ​​en statstype kaldet "spindglas, "som svarer til tilstande med lav aktivitet (ned) eller høj aktivitet (op). Dette er blevet bredt beskrevet i cortex af pattedyr, herunder den menneskelige hjerne.

De såkaldte spin-glass-tilstande er magnetiske systemer, der er blevet udførligt beskrevet i lavtemperaturforstyrrede magnetiske materialer og også forekommer i kunstige neurale netværksmodeller.

Spin-glass-tilstande er frosne uordnede spin-tilstande på grund af frustration i interaktionerne mellem spins (fysisk egenskab af subatomære partikler, hvorved hver elementarpartikel bærer et iboende vinkelmoment, hvis værdi er fast). Disse stater kan være både ferromagnetiske og antiferromagnetiske, forhindrer systemet i at slappe af til grundtilstanden eller forårsage meget lange afslapningstider.

Inden for neurovidenskab, på den anden side, spin-glass-tilstande manifesterer sig ved frossen neuronal aktivitet, og de vises (i fravær af termiske udsving eller støj) på grund af den interferens, der frembringes ved memorisering af et makroskopisk antal minder og umuligheden at skelne blandt så mange af dem i hukommelsesprocessen.

I denne avis, forskerne har for første gang bevist den konstruktive rolle og funktionalitet af en bestemt type spin-glass-tilstand inden for neurovidenskab. "Faktisk, vi har bevist både teoretisk og gennem simulering, at op- og ned-tilstande observeret i pattedyrhjernens aktivitet kun ville være en manifestation af disse spin-glass-tilstande, "Joaquín Torres Agudo, professor fra instituttet for elektromagnetisme og fysik i sagen ved UGR og hovedforfatter af undersøgelsen, forklarer.

Dette arbejde udgør en passende og ny teoretisk ramme til at studere de biologiske mekanismer for destabilisering af disse tilstande, der kan fremkalde overgange mellem op- og nedstater, ligner de overgange, der almindeligvis beskrives under anæstesiprocesser eller i overgangen fra vågenhed til søvn.