&bala; Física 18, S54
A interação entre a dinâmica microscópica e macroscópica em uma rede semelhante ao cérebro aprimora a robustez de um estado que otimiza o desempenho da rede.
Estruturas hierárquicas são encontradas em uma variedade de sistemas complexos cujas unidades individuais estão interconectadas em diferentes níveis. Os comportamentos coletivos emergentes desses sistemas em camadas geralmente são difíceis de separar e interpretar. Focando o sistema complexo por excelência – o cérebro – ilekasz Kuśmierz e colaboradores do Instituto Allen em Seattle agora desenvolveram um modelo para explicar o papel da hierarquia no controle da atividade caótica dos neurônios (1).
Uma estrutura hierárquica simples pode ser realizada com uma rede na qual os nós (neurônios) com padrões de conectividade semelhantes são definidos como pertencentes ao mesmo “cluster”. A qualquer hora t + 1, a atividade de cada neurônio é determinada pelas atividades anteriores no momento t dos neurônios aos quais está conectado, de acordo com alguma regra fixa. No nível microscópico, a dinâmica é dominada pela atividade caótica de toda a população de neurônios. No nível macroscópico, a dinâmica é dominada pelo comportamento dos aglomerados, cada um representado como a média de seus neurônios constituintes. Os pesquisadores mostraram que a concorrência entre a dinâmica microscópica e macroscópica leva à atenuação do caos. Isso fornece um mecanismo robusto para controlar e equilibrar a atividade caótica da rede.
Postou -se que o cérebro opera em um regime dinâmico chamado Edge do Caos, onde os padrões de atividade neuronal não são totalmente ordenados nem totalmente aleatórios. Pensa -se que esse regime otimiza o aprendizado e o processamento de informações. De acordo com Kuśmierz e colegas de trabalho, a competição que surge da introdução de uma estrutura hierárquica em uma rede aleatória é suficiente para manter o sistema próximo à borda do caos, sugerindo que esse fenômeno poderia desempenhar um papel importante nos sistemas neuronais biológicos.
–Agnesa Curatolo
Agnese Curatolo é um editor associado em Cartas de revisão física.
Referências
- Ł. Kuśmierz et al.“Hierarquia de dinâmica caótica em redes modulares aleatórias”. Phys. Rev. Lett. 134148402 (2025).
