Die gleichen Regeln der Physik, die Moleküle zu regieren, wie sie vom Gas zur Flüssigkeit, oder einfrieren kondensieren von flüssig zu fest, auch die Aktivitätsmuster der Neuronen im menschlichen Gehirn gelten.
University of Chicago Mathematiker Jack Cowan bieten diese und ähnliche Erkenntnisse über die Physik der Hirnaktivität in dieser Woche in Boston im Rahmen der Jahrestagung der Amerikanischen Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften.
"Strukturen aus einer sehr großen Anzahl von Einheiten gebaut werden können scharfe Übergänge von einem Zustand in einen anderen Staat, der Physiker nennen Phasenübergänge zeigen", sagte Cowan, ein Professor der Mathematik und Neurologie an der Chicago. "Strange und interessante Dinge in der Nachbarschaft einen Phasenübergang passieren."
Wenn Flüssigkeiten Phasenübergänge zu unterziehen, sie zu Gas oder einfrieren verdunsten zu Eis. Wenn das Gehirn einen Phasenübergang durchläuft, bewegt es sich von zufälligen zu strukturierenden Tätigkeit. "Das Gehirn im Ruhezustand produziert zufällige Aktivität", sagte Cowan, oder was Physiker nennen "Brownsche Bewegung".
Obwohl der Großteil seiner Arbeit beinhaltet Ableitung Gleichungen, Cowan die Erkenntnisse auch Mesh mit Labordaten auf die Großhirnrinde und Elektroenzephalogrammen generiert. Seine neuesten Erkenntnisse zeigen, dass die gleichen mathematischen Werkzeuge Physiker das Verhalten von subatomaren Teilchen beschreiben Nutzung und der Dynamik von Flüssigkeiten und Feststoffen kann nun zum Verständnis aufgebracht werden, wie das Gehirn die verschiedenen Rhythmen erzeugt.
Dazu gehören die Delta-Wellen während des Schlafes erzeugt, die Alpha-Wellen des visuellen Gehirns, und die Gamma-Wellen, während der letzten Dekade entdeckt, die im Zusammenhang mit Informationsverarbeitung zu sein scheinen. "Der Ruhezustand des Gehirns Aktivität scheint eine statistische Struktur, die charakteristisch für eine bestimmte Art von Phasenübergang ist zu haben", sagte Cowan. "Das Gehirn liebt es, dort zu sitzen, weil das der Ort, an dem die Informationsverarbeitung optimiert ist."
Cowan organisiert eine Sitzung für AAAS auf Mathematics and the Brain, die statt von 8:30 bis 10 nehmen am EST samstag 16 Februar. Er wird auch in einer Pressekonferenz zum Thema am 03.00 Uhr EST FREITAG, 15 Februar teilnehmen. Neben ihm an beiden Veranstaltungen werden Mathematiker Nancy Kopell der Boston University und Computational Neurowissenschaftler Tomaso Poggio des Massachusetts Institute of Technology werden.
In diesem Stadium seiner Forschungen, sagte Cowan es verfrüht wäre und spekulative für ihn versuchen zu erzählen, wie Phasenübergänge im Gehirn kann zu neurologischen Erkrankungen oder Zustände des menschlichen Bewusstseins beziehen. "Das ist für die Zukunft", sagte er.
Eine weitere Komponente seiner neuesten Forschungen ist die enge Beziehung zwischen spontaner Musterbildung im Gehirn Schaltungen und in chemische Reaktion Netzwerke. In dieser Forschung zeigt er, wie Mathematik kann helfen, erklären, visuelle Halluzinationen und wie der Sehrinde erhalten ihre Streifen, die mit bloßem Auge, wenn sie von Leichen entfernt werden.