Исследователи из Кембриджского университета в этом году сделали большой шаг в понимании того, как работают наши мозги. Похоже, что мозг имеет фрактальную организацию. Это, вероятно, дает нам много того, что мы считаем человеком. И на более глубоком уровне эти находки могут помочь нам связать нас очень фундаментальным образом с остальной частью естественного мира.
Исследовательская группа Kitzbichler, Smith, Christensen и Bullmore опубликовала свои результаты в статье под названием «Широкополосная критическая ситуация в сети для синхронизации мозга человека», которая доступна в режиме онлайн бесплатно. У меня была статья около шести месяцев, и я хотел сказать что-то на ней. Поэтому вначале я хотел бы поблагодарить «Нил» за то, что заставило меня перечитать статью и опубликовать что-то интересное, о котором он говорил о неврологической сложности и интеллекте в блоге «Хаотичная жизнь» в «Психологии сегодня» в прошлом месяце. Я также хотел бы поблагодарить моего друга и коллегу из Нью-Йорка Гранта Бреннера за то, что он предупредил меня, когда он впервые появился.
Дизайн, результаты и контекст для этого исследования очень сложны, и последствия довольно абстрактны. Поэтому я сделаю все возможное, чтобы быть ясным. Сначала контекст: многие природные системы проявляют фрактальную организацию и поведение. Фрактал – это ветвистая структура. Подумайте о дереве: (1) Деревья имеют гораздо больше маленьких ветвей, чем крупные. Эта характеристика иногда также называется «степенным законом» или «обратным степенным законом» или организацией «1 / f». Каждое из этих условий означает, что экспоненциально больше небольших ветвей по сравнению с большими. (2) Деревья «самоподобны», что означает, что малые ветвящиеся узоры напоминают более крупные. Эта характеристика также иногда называется «масштабной инвариантностью» или «безмасштабированной», потому что независимо от размера, на который вы смотрите, общая форма разветвления одинакова. (3) Сложность шаблонов ветвления дерева может быть определена количественно. Фракталы называются фракталами, потому что они существуют в дробных размерах. Линия идеально подходит для одномерного измерения. Плоскость (например, кусок бумаги) подходит в двух измерениях. Фракталы находятся между линией и плоскостью (или в реальном мире между двумя и тремя измерениями). Более просто, потому что они настолько сложны, что с огромным количеством мелких крошечных ветвей деревья никогда не достигают трех измерений. Если вы поместите их в ящик, всегда останется некоторое пространство.
Вы можете быстро признать, что многие другие природные структуры, кроме деревьев, являются фракталами: нейроны, реки, дыхательная система, система кровообращения, линии геологических разломов, снежные хлопья и т. Д.
Естественные системы также производят фрактальное поведение во времени или в динамике. Землетрясения – общий пример. Есть еще много небольших землетрясений, чем крупные (что приятно кстати). Другие примеры включают размер случаев вымирания видов животных, количество академических публикаций (несколько исследователей делают огромную работу, а остальные составляют немного), количество обращений к веб-сайтам, время ожидания в режиме остановки – и -го трафика и использования слов в литературе (т. е. закон zipf).
Почему системы делают это? Есть много причин. По сути, фрактальные системы имеют много возможностей для роста, изменения и реорганизации. Но они также очень надежны. Они поддерживают свою согласованность; они хорошо держатся, даже в жестких условиях. Они сбалансированы в этом отношении, между порядком и хаосом. Они просты, но также очень сложны. Этот баланс часто называют «критичностью», таким образом, название статьи: «Критичность широкополосной связи». И термин «самоорганизующийся» часто добавляется, потому что системы, как правило, становятся фрактальными сами по себе, просто ставя много компонентов системы и позволяет им обмениваться информацией. Подумайте о вечеринке. Все, что вам нужно сделать, это придумать достаточно людей в одном месте и времени, и они начнут формировать сложные шаблоны связи друг с другом.
Самоорганизующиеся критические системы также очень хорошо подходят для соединения как внутри, так и с другими окружающими системами. Ветви дерева связаны очень красиво. Если вы встряхнете одну ветку, вы увидите широкое дрожание по дереву. Фрактальные структуры хорошо сочетаются. Тем не менее, они могут быть обрезаны без влияния на общую структуру. Действительно, если вы обрезаете их достаточно далеко (над буфером роста, «посттравматическим ростом» или «тем, что не убивает вас, что делает вас сильнее»), они часто будут становиться еще сильнее, с более сложными связями во внешних ветвях. Наконец, ветвистые шаблоны легко соединяются с другими системами – буквальной сетью жизни. Дерево со многими фрактальными ветвями (а также корнями) может лучше соединяться с солнцем (и почвой), чтобы собирать и обменивать питательные вещества, поддерживающие жизнь.
В последние 10-20 лет исследователи в области психологии находили все более яркие примеры фрактальных закономерностей в каждой из областей психологии: включая преднамеренное поведение, визуальный поиск и речевые модели. В моей собственной лаборатории за последние несколько лет мы обнаружили, что межличностные отношения организованы как фракталы, а совсем недавно, что самооценка представляет собой фрактал, причем сложность связана со здоровьем как в психологической, так и в социальной областях. Кроме того, оказывается, что фрактальная сложность (или жесткость) обычно обменивается между биологическими, психологическими и социальными процессами. Фрактальная структура личности помогает нам расти и соединяться, как и фрактальные отношения, и каждый из них, вероятно, оказывает непосредственное влияние на физическое здоровье, поощряя интеграцию и гибкость среди циркуляторных, респираторных и иммунных систем.
Исследование Kitzbichler и соавт. (Kitzbichler et al., 2008) добавило много предшествующих исследований, предполагающих, что мозг проявляет фрактальное поведение. Это создает необходимую связь между физическими процессами мозга и каждым из фракталов крупного масштаба, которые мы видим в более широких личностных и социальных отношениях. Понятно, что биологическая, психологическая и социальная динамика тесно взаимосвязаны между масштабами, каждый из которых влияет на других с течением времени множеством способов. С фрактальной организацией в каждой из этих шкал можно предположить, что они в каком-то отношении являются частью одного и того же фрактального дерева, если можно так выразиться.
Kitzbichler и др. (Kitzbichler et al., 2008) использовали две меры синхронизации по системам головного мозга: (1) «интервал фазовой блокировки» и «лабильность глобальной синхронизации». Интервал фазовой блокировки – это время, которое делают разные области мозга то же самое вместе – количество времени, в которое они синхронизируются. По сути, это временная мера координации мозговой системы. Другая мера «лабильность глобальной синхронизации» – это космическая мера. Эта мера говорит вам, насколько глобальны сдвиги в синхронизации мозговой системы, насколько они широки, насколько далеко они достигают.
Оставив множество замечательных технических деталей их анализов, они обнаружили, что обе меры показали четкую фрактальную структуру. Это означает, что время, которое разные мозговые регионы проводят синхронно, является ветвящимся – со многими короткими временами связывания и меньшим количеством длинных. И распространение этих связей между областями мозга также было ветвящимся, со многими небольшими спредами и несколькими крупными.
Эти результаты наряду с доказательствами, которые появились перед ними, дают гораздо более верную картину того, как мозг организован и как он работает. Такова основа фундаментальных исследований. Применение этих результатов можно считать практически неограниченным и со временем повлияет на каждую отрасль прикладной нейронауки – интеллект, сознание, эмпатию, медицину тела, психиатрию и психотерапию.
Вместо этого я предпочел бы предположение, что это будет более широкое значение. Действительно, эти надежные результаты в мозге предполагают возможный механизм «широкополосного подключения», который мы разделяем с остальной частью естественного мира. Поскольку фрактальная динамика в широкополосной синхронизации существует во всех масштабах измеримой реальности – от квантового до космического, возможно, человеческое сознание – это просто и глубоко портал, через который течет такая фрактальная связь. Возможно, связи, которые так влияют на наш рост и интеграцию в биопсихосоциальных масштабах, гораздо глубже проникают в корни материи и намного дальше в космос, чем когда-либо представляла современная наука. Наука, похоже, приближается к периоду нео-витализма, с научно обоснованными способами изучения привлекательного мировоззрения наших корне-цивилизаций, – что все в жизни связано и что все Вселенная жива в этих связях.
Конечно, некоторые соединения более проксимальны, чем другие. Kitzbichler et al. обнаружили, что функционально связанные области головного мозга с большей вероятностью будут находить и оставаться синхронно друг с другом в течение более длительных периодов времени, получая фрактальные меры сложности, которые были менее гибкими, чем связи между более отдаленными регионами. Точно так же один из партнеров по жизни будет с большей вероятностью вести вас с ума, чем луна.
Тем не менее, будет интересно увидеть, поощряют ли некоторые системные государства согласованность, увеличивая связи между, по-видимому, отдельными системами. Например, ответ на человеческий стресс является вероятным кандидатом на увеличение краткосрочной согласованности между биологическими, психологическими и социальными процессами. Когда вы подвергаетесь стрессу, ваши телесные системы объединяются вместе, ваши психологические системы становятся ясными и целенаправленными, и ваша социальная динамика становится последовательной, а также вы объединяетесь вместе и формируете строгие иерархии руководства. Усиливает ли человеческий стресс больше воздействия? Может ли их эффект быть измерен даже в квантовой сфере? И наоборот, могут ли квантовые системы стать «напряженными», что приведет их к достижению нашего макромира? Может быть, так, может быть, нет. Одно можно сказать наверняка, что этот блог уже давно является длинным и абстрактным, чтобы полностью рассмотреть эти возможности. Возможно, еще один день ..?
