脳の構造は「微妙なバランス」で成り立っている(Brain’s structure hangs in ‘a delicate balance’)

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2024-06-10 ノースウェスタン大学

ノースウェスタン大学の研究によると、脳の構造的特徴は臨界点近くにあり、これが人間、マウス、ショウジョウバエの脳に共通することが発見されました。臨界点は、物理的なオブジェクトがある相から別の相に滑らかに移行する際の高複雑性の状態です。この研究は、脳の複雑さと出現現象を理解する新たなモデル設計に役立つ可能性があります。研究チームは、脳細胞が自己相似性を持つフラクタル構造であることを確認し、統計物理学の技術を用いてこれらの構造的特徴を測定しました。この発見は、異なる生物の脳が同じ基本的な原則を共有する理由を説明する手がかりとなるかもしれません。

<関連情報>

脳の細胞解剖学の普遍的側面を解明 Unveiling universal aspects of the cellular anatomy of the brain

Helen S. Ansell & István A. Kovács
Communications Physics  Published:10 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-024-01665-y

脳の構造は「微妙なバランス」で成り立っている(Brain’s structure hangs in ‘a delicate balance’)

Abstract

Recent cellular-level volumetric brain reconstructions have revealed high levels of anatomic complexity. Determining which structural aspects of the brain to focus on, especially when comparing with computational models and other organisms, remains a major challenge. Here we quantify aspects of this complexity and show evidence that brain anatomy satisfies universal scaling laws, establishing the notion of structural criticality in the cellular structure of the brain. Our framework builds upon understanding of critical systems to provide clear guidance in selecting informative structural properties of cellular brain anatomy. As an illustration, we obtain estimates for critical exponents in the human, mouse and fruit fly brains and show that they are consistent between organisms, to the extent that data limitations allow. Such universal quantities are robust to many of the microscopic details of the cellular structures of individual brains, providing a key step towards generative computational models of the cellular structure of the brain, and also clarifying in which sense one animal may be a suitable anatomic model for another.

生物工学一般
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