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Nat Commun:人类大脑是一个近乎理想的网络连接系统

来源:生物探索
摘要:近日,东北大学物理学家DmitriKrioukov和他的同事发现:人类大脑的结构是一个近乎完美的网络连接体系,确保信息畅通无误得从听觉皮层到运动皮层传递。这一发现与人类进化史相辅相成,对于探索神经障碍原因,找出对应的治疗方案有着重大影响。Krioukov说:“大脑优越的网络可......

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近日,东北大学物理学家Dmitri Krioukov和他的同事发现:人类大脑的结构是一个近乎完美的网络连接体系,确保信息畅通无误得从听觉皮层到运动皮层传递。这一发现与人类进化史相辅相成,对于探索神经障碍原因,找出对应的治疗方案有着重大影响。相关研究成果于7月3日在线发表于《Nature Communications》。

Krioukov说:“大脑优越的网络可能含有最小的连接数,以减少成本。同时,它拥有最大的适应性。也就是说,大脑能在任一起点与终点间选择最正确的信号通路。”这项研究提出一种新的策略以找到富有平衡性的连接。Krioukov称这种平衡为“幸福点”。

Krioukov是物理学系的副教授,研究方向是从巨大的互联网相关数据集架构我们的大脑。最新研究,他和他的合作者建立了一个理想化的大脑网络图,能优化信息的传输。这个网络蓝图通过以诺贝尔奖得主约翰纳什(John Nash)创立的博弈论为背景的统计方法构建而来。他们将蓝图与人大脑实际的结构比较后提出疑问:这两份网络图有多少相似?

他们惊奇地发现优化的网络图中有89%的连接通路能在人类实际大脑网络图中找到对应的通路。Krioukov说:“这意味着我们大脑的进化非常接近我们算法得到的结果。”

研究人员的研究思路不同于传统,他们利用函数构建理想化网络的结构,从而能计算出最优化的连接通路。这一领域的众多研究人员首先先建立实际的网络图,随后再追踪地址。这种方法并不能突出最优化的连接。

这种新策略也能应于与不同的学科中。这篇文章的共同作者,布达佩斯大学技术和经济学院的教授,构建了六个不同的通路,包括互联网,美国空军-港口,匈牙利道路。新研究也能应用于交叉学科中。当掌握连接网络图的最关键节点能让我们知道在哪里值得被特别关注,无论网络图涉及互联网、公路系统、火车站航线图或者飞机飞行路线。Krioukov表示这种技术也能应用于医学领域。

作者: 2015-7-11
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