物理学 > 生物物理
[提交于 2025年8月28日
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标题: 不同的弱非对称相互作用作为概率通量塑造人类大脑功能
标题: Distinct weak asymmetric interactions shape human brain functions as probability fluxes
摘要: 人类大脑的功能计算源于其底层神经网络的集体行为。新兴技术使得记录神经元群体活动成为可能,神经网络理论有望从数据中解释和提取功能计算。从热力学角度来看,人体大部分能量消耗由大脑完成,而人类大脑的功能计算似乎涉及高能耗。然而,人类大脑在执行功能时并不增加其能量消耗,且大部分能量消耗并未参与特定的大脑功能:人类大脑如何在不显著改变能量消耗的情况下完成其广泛的功能计算?在此,我们提出一种机制,通过微妙修改大脑区域之间的相互作用网络来执行功能计算。我们首先表明,通过分析自发和任务诱发的全皮层活动数据,概率通量——即状态转换的微观不可逆度量——表现出独特的模式,这取决于所进行的任务,表明人类大脑功能是大脑状态转换的独特序列。然后,我们将不对称相互作用的伊辛自旋系统参数进行拟合,我们发现大脑区域之间的对称相互作用是强烈的且与任务无关,但反对称相互作用是微妙的且与任务相关,推断出的模型能够再现大多数观察到的概率通量模式。我们的结果表明,人类大脑通过微妙地修改大脑区域之间的反对称相互作用来执行其功能计算,这可能仅需要少量的能量。
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