Hjärnan under mikroskopet: Optimal informationsbehandling avkodad!

Hjärnan under mikroskopet: Optimal informationsbehandling avkodad!

Den 9 mars 2025 publicerade Dresdens tekniska universitet banbrytande rön om hur den mänskliga hjärnan fungerar i relation till informationsbehandling. I en studie utförd i Proceedings of the National Academy of Sciences publicerades, förklarade internationella forskarlag från Dresden, Tübingen, Paris och Shanghai hur hjärnan bearbetar information effektivt och anpassar sig flexibelt till förändrade utmaningar. Denna nya forskning ger insikt i principerna för kritikalitet och effektiv kodning, och reducerar därigenom redundanta signaler.

Forskarna utvecklade en matematisk modell som simulerar neurala nätverk för att studera hjärnans prestanda. De gjorde ett experiment där de varierade ljudnivån i näten. Resultaten visade att en medelhög ljudnivå leder till maximal prestanda. En måttlig bullernivå förbättrar informationsbehandlingen, medan för lite eller för mycket brus försämrar flexibiliteten och effektiviteten. Dessa fynd stöder hypotesen att hjärnan kan uppnå en balans mellan precision och flexibilitet under optimala ljudförhållanden.

Kritik i nervsystemet

Konceptualiseringen av kritikalitet beskriver ett tillstånd där hjärnan reagerar optimalt på yttre påverkan. Enligt studien inträffade typiska signaturer av kritikalitet, inklusive så kallade "neurala laviner." För mycket synkronicitet mellan neuroner begränsar dess flexibilitet, medan kaotiska mönster med överdrivet brus kan minska effektiviteten i informationsbehandlingen. Överdriven ordning i neurala kretsar kan leda till psykologiska störningar, en trend som ses i patogenesen av schizofreni, depression och tvångssyndrom.

Kunskapen från dessa studier om balans i hjärnan kan öppna upp för nya behandlingsalternativ för psykiska störningar. Hyperconnectivity vid schizofreni framhäver således kaotisk neuronaktivitet, medan depression är baserad på överdriven ordning. Dessa aspekter av kritikalitet skulle också kunna leda vägen för att utveckla mer anpassningsbara och robusta artificiella intelligenssystem inspirerade av den mänskliga hjärnan.

Den kognitiva neurovetenskapens roll

Christian Albrechts University i Kiel är också involverat i forskning om neural informationsbehandling. Här undersöker vi hur biologisk informationsbehandling kan överföras till tekniska system för att utveckla energieffektiva datorarkitekturer. Senaste resultaten, publicerade i tidskriften Vetenskapliga rapporter, visar att den mänskliga hjärnan använder runt 25 watt i vardagen, medan moderna datorer och smartphones kräver betydligt mer energi. Den så kallade "kritiska hjärnhypotesen" fungerar som en grund för att förstå varför hjärnan arbetar snabbast och mest energieffektivt i ett tillstånd av kritik.

Forskningsresultaten visar att inte bara interna mekanismer utan även yttre påverkan kan bidra till bildandet av det kritiska tillståndet. Dessa fynd uppnåddes genom matematisk modellering i konstgjorda nätverk som efterliknar beteendet hos mänskliga neurala nätverk.

Sammanfattningsvis främjar djupare insikter om hjärnans kritik inte bara förståelsen av kognition och mental hälsa, utan lägger också grunden för framtida utveckling inom artificiell intelligens. Fortsatta studier av dessa aspekter kan revolutionera inställningen till många neurologiska och psykiska sjukdomar.