Ο κανόνας προβλέπει πώς οι νευρώνες κατανέμονται σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου και θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να δημιουργήσουν ακριβή μοντέλα για να κατανοήσουν πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος και να αναπτύξουν νέες θεραπείες για νευρολογικές παθήσεις.
Στη στατιστική, αν λάβετε υπόψη οποιαδήποτε συνεχή τυχαία μεταβλητή, ο λογάριθμος αυτής της μεταβλητής θα ακολουθεί συχνά αυτό που είναι γνωστό ως λογαριθμική κανονική κατανομή. Καθορισμένο από τη μέση και τυπική απόκλιση, μπορεί να απεικονιστεί ως καμπύλη σε σχήμα καμπάνας, μόνο με την καμπύλη να είναι ευρύτερη από αυτή που θα βρείτε σε μια κανονική κατανομή.
Μια ομάδα ερευνητών από το Ερευνητικό Κέντρο Jülich και το Πανεπιστήμιο της Κολωνίας στη Γερμανία ανακάλυψε ότι ο αριθμός των νευρώνων στις περιοχές του εξωτερικού στρώματος του νευρικού ιστού σε διαφορετικά θηλαστικά ταιριάζει με μια λογαριθμική κατανομή.
Πέρα από τα μαθηματικά, μια απλή και σημαντική διάκριση είναι η συμμετρία της καμπύλης καμπάνας κανονικής κατανομής και η ασυμμετρία και η βαριά λοξή δεξιά ουρά της λογαριθμικής κατανομής, λόγω μεγάλου αριθμού μικρών τιμών και μερικών σημαντικά μεγάλων τιμών.
Η δομή και η λειτουργία του εγκεφάλου εξαρτώνται από τον αριθμό και τη διάταξη των νευρώνων. Η πυκνότητα των νευρώνων σε διαφορετικές περιοχές και στρώματα αυτού του εξωτερικού στρώματος ιστού – του εγκεφαλικού φλοιού – ποικίλλει σημαντικά.
«Η κατανομή των πυκνοτήτων των νευρώνων επηρεάζει τη συνδεσιμότητα του δικτύου», λέει ο νευροεπιστήμονας Sacha van Albada του Ερευνητικού Κέντρου Jülich.
«Για παράδειγμα, εάν η πυκνότητα των συνάψεων είναι σταθερή, οι περιοχές με χαμηλότερη πυκνότητα νευρώνων θα λάβουν περισσότερες συνάψεις ανά νευρώνα».
Οι στατιστικές κατανομές των πυκνοτήτων των νευρώνων είναι ακόμη σε μεγάλο βαθμό άγνωστες, αν και η έρευνα σίγουρα μας έχει προσφέρει συναρπαστικές ανακαλύψεις σχετικά με τους κυτταρικούς ιστούς του εγκεφάλου μας.
Για τη διεξαγωγή της έρευνάς της, η ομάδα χρησιμοποίησε εννέα σύνολα δεδομένων ανοιχτού κώδικα που καλύπτουν επτά διαφορετικά είδη: ποντίκι, μαρμόζετ, μακάκος, γαλάγκο, κουκουβάγια μαϊμού, μπαμπουίνο και άνθρωπο. Όταν συγκρίθηκαν οι πυκνότητες των νευρώνων σε διαφορετικές περιοχές του φλοιού, προέκυψε ένα κοινό μοτίβο λογαριθμικής φυσιολογικής κατανομής.
«Τα αποτελέσματά μας συμφωνούν με την παρατήρηση ότι παραδόξως πολλά χαρακτηριστικά του εγκεφάλου ακολουθούν λογικές κατανομές», γράφουν οι συγγραφείς στην εργασία τους.
Μια λογαριθμική κανονική κατανομή είναι ένα φυσικό αποτέλεσμα διεργασιών που πολλαπλασιάζονται, όπως η κανονική κατανομή είναι ένα φυσικό αποτέλεσμα της πρόσθεσης πολλών ανεξάρτητων μεταβλητών.
«Ένας λόγος για τον οποίο μπορεί να είναι πολύ συνηθισμένος στη φύση είναι επειδή εμφανίζεται όταν λαμβάνεται το γινόμενο πολλών ανεξάρτητων μεταβλητών», λέει ο Alexander van Meegen, ο οποίος ήταν επικεφαλής της έρευνας ως μέρος του διδακτορικού του στην υπολογιστική νευροεπιστήμη στο Ερευνητικό Κέντρο Jülich.
Οι ερευνητές λένε ότι ο τρόπος με τον οποίο είναι δομημένος ο φλοιός θα μπορούσε να είναι ένα υποπροϊόν της ανάπτυξης ή της εξέλιξης που δεν έχει καμία σχέση με τον υπολογισμό.
Ωστόσο, προηγούμενη έρευνα δείχνει ότι η παραλλαγή του νευρωνικού δικτύου του εγκεφάλου είναι κάτι περισσότερο από ένα υποπροϊόν και μπορεί να βοηθήσει ενεργά τα ζώα να μάθουν σε μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα. Και το γεγονός ότι η ίδια οργάνωση μπορεί να φανεί σε διαφορετικά είδη και στα περισσότερα μέρη του φλοιού υποδηλώνει ότι η λογαριθμική κατανομή χρησιμοποιείται για κάτι.
«Δεν μπορούμε να είμαστε σίγουροι πώς η λογαριθμική κατανομή των πυκνοτήτων των νευρώνων θα επηρεάσει τη λειτουργία του εγκεφάλου, αλλά πιθανότατα θα σχετίζεται με υψηλή ετερογένεια δικτύου, η οποία μπορεί να είναι υπολογιστικά ευεργετική», εξηγεί ο συν-επικεφαλής συγγραφέας Aitor Morales-Gregorio, ένας υπολογιστικός νευροεπιστήμονας στο Jülich Research Centre.
Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι αυτή η ανακάλυψη θα ρίξει φως στο πώς ο εγκέφαλος αποθηκεύει και ανακτά πληροφορίες, καθώς και πώς αποκτά νέα γνώση. Στη συνεχιζόμενη αναζήτηση για την εύρεση αποτελεσματικών θεραπειών για τις ασθένειες του εγκεφάλου, μπορεί να ανοίξει το δρόμο για τη δημιουργία νέων φαρμάκων που στοχεύουν συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου.
Η δεκαετής προσπάθεια του Human Brain Project να δημιουργήσει μια κοινή ερευνητική υποδομή για την ενίσχυση της νευροεπιστήμης, της πληροφορικής και της ιατρικής που σχετίζεται με τον εγκέφαλο πλησιάζει στο τέλος της και μας έδωσε μερικές ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις στην πορεία.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Cerebral Cortex.
(photo: pixabay)
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου