我在一个重要的方面，心脏移植的受者忽略了它的新器官:它的神经系统通常不会重新连接与它沟通。控制心脏的4万个神经元运作得如此完美，而且是如此独立，以至于心脏可以从一个身体上割下来，放在另一个身体上，即使在没有外界控制的情况下，也可以继续完美地运行10年或更长时间。这似乎是必要的:我们神经系统中管理我们最重要功能的部分就像瑞士表，精确计时，不受干扰。混乱的行为已被制止。
还是有？当两个简单的摆锤以完美的规律摆动时，当它们结合在一起时，可以在一个混乱的轨道上运动。考虑到我们大脑中数十亿个神经元都像一个钟摆，在休息和放电之间来回摆动，并与10000个其他神经元相连，我们的神经系统中的混乱不是不可避免的吗？
前景令人害怕想象。混乱对初始条件非常敏感 - 只是想到蝴蝶效果。如果错误的扰动困扰着我们进入不可撤销的疯狂？在许多科学家中，也有很多对混乱在生物系统中工作的想法的抵制。许多人故意阻止它的模型。它颠覆了计算主义，这是大脑的想法只不过是一个复杂的，但基于基于规则的计算机。混乱似乎没有作为生物信息处理机制的机制，因为它允许噪声在没有界限的情况下传播，损坏信息传输和存储。
大脑的主要功能是保护我们，就像一把雨伞，远离混乱。
同时，混沌也有它的优势。在行为层面上，捕食者和猎物之间的军备竞赛将不稳定的策略连接到我们的神经系统中。1例如，一种蛾感测偏离蝙蝠，立即将其自身引导远离超声源。神经元以蝙蝠越来越近的方式控制其飞行火灾，直到蛾，打瞌睡，似乎只不过是翅膀和腿的翻滚。更一般地说，混乱可以通过以极快的速度探索许多可能性来授予我们的大脑大量的计算能力。
这些是他们沉默的大脑
询问科学家沉默是有点像向文字询问文字之间的空间。我们大多数人都密切关注我们的语言，而不是缺席。即便如此，对于2014年的Nautilus的故事，“这是你的大脑......阅读更多
在这些和其他潜在优势的推动下，随着手头证据的积累，神经科学家逐渐接受了大脑混乱的潜在重要性。
C豪斯不等于混乱。虽然无序的系统无法预测，但混沌实际上是确定的:系统的当前状态决定了它的未来。然而，即便如此，它的行为也只能在短时间内被预测:投入的微小差异会导致截然不同的结果。混沌系统也可以表现出稳定的模式，称为“吸引子”，出现在耐心的观察者面前。随着时间的推移，混乱的轨迹会向它们靠拢。因为混沌是可以控制的，所以它在可靠性和探索之间取得了很好的平衡。然而，因为它是不可预测的，它是自由意志动力基础的有力候选者。
与随机无序（或随机性）的相似性一直是混沌正式研究中的一个难题。从数学上讲，区分这两者是很困难的，尤其是在生物系统中。在处理多维、波动的生物数据时，没有确定的混沌测试。沃尔特·弗里曼（Walter Freeman）和他的同事率先开展了一些最早的研究，试图证明大脑中存在混沌现象，但在有限的数据基础上得出了极端的结论。例如，他认为，神经肽是轴突和树突的细胞外混合物，是意识器官——从任何角度来看，这都是一个强有力的论断。哲学家们很快就抓住了这些观点，即使是最早的研究也只是表面上的。哲学家和科学家的文章都可以像亨利·彭加勒一样引用吉杜·克里希那穆提的话，而混沌的处理往往带有半神秘的崇敬。2,3
结果，研究人员必须谨慎地踩踏。但寻找混乱并不是纯粹的诗意。最强大的目前的证据来自单细胞。例如，鱿鱼巨型轴突在静止模式或重复烧制模式下操作，这取决于外部钠浓度。在这些极端之间，它表现出不可预测的爆裂，在它落入吸引子之前，类似于混沌轨迹的徘徊行为。当施加周期性输入时，鱿鱼巨型轴突用振荡和混沌活动的混合物响应。4细胞网络中也存在着混乱。大鼠皮肤上的神经元可以区分皮肤伸展的混乱和无序模式。5
在全球大脑活动的水平上可以找到神经系统中混乱的更多证据。这一行为的APT隐喻是铁板。6它包含的电子可以在不同方向上的每个点（更确切地说，它们的旋转可以点）。像微小的磁铁一样，邻近的旋转彼此影响。当板坯冷却时，没有足够的能量来克服相邻旋转的影响，并且所有旋转在相同方向上对齐，形成一个实心磁体。当板坯很热时，每个旋转都有如此多的能量，可以耸耸肩耸耸肩的邻居的影响，并且板的旋转是混乱的。当平板在热冷和冷之间时，它处于所谓的“临界制度”。这的特征在于具有相同旋转区域的波动域，其表现出最高的动态相关性 - 即旋转影响其邻居的能力之间的最佳平衡，以及其改变的能力。
临界状态对大脑非常有用，它允许大脑在计算中同时利用有序和无序——使用一个具有丰富、快速混沌动力学的冗余网络，以及一个有序读出功能，稳定地映射网络状态到输出。维持临界状态的不是温度，而是神经兴奋和抑制的平衡。如果这种平衡倾向于更多的抑制，大脑就会“冻结”，什么也不会发生。如果刺激太多，就会陷入混乱。临界点类似于吸引子。
但是如何判断大脑是否在临界点运行？一个线索是其数十亿神经元产生的信号的结构。我们可以测量大脑电力活动的功率在不同的振荡频率下。事实证明，活动的力量随着该活动频率的逆而下降。一旦称为1 / f“噪音，”这种关系实际上是系统临界均衡的系统标志。7协调神经元活动区域的空间范围也与频率成反比，频率是临界状态的另一个标志。当大脑被药物推离正常工作状态时，它通常会失去这两个特征，8,9降低了信息编码和传输的效率。10.
T他哲学家吉尔斯德连和精神科医生Felix Guattiari认为，大脑的主要功能是保护我们，就像一个伞，从混乱中。它似乎通过利用混乱本身来了。与此同时，神经网络也能够近乎完美的可靠性，与跳动的心脏一样。秩序和紊乱享受共生关系，并且神经元的射击可能会在杂乱上徘徊，直到记忆或感知将其推动到吸引子中。感觉输入将用于“稳定”混沌。实际上，刺激的呈现减少了在令人惊讶的不同物种和系统中的神经元射击的可变性，11.好像高维混沌轨迹落入吸引子。通过“驯服”混沌，吸引器可以代表一种在敏感系统中保持可靠性的策略。12.最近的独立振荡器网络的理论和实验研究还表明，在所谓的嵌合状态下，秩序和混乱可以共存，以令人惊讶的和谐。13.
当前神经科学的研究范式认为，时间快照中的神经元是静止的计算单元，而不是一个不断变化的动态实体的成员，这可能完全失去了意义。如果混沌在大脑中扮演着重要的角色，那么神经计算就不是静态的读出，从光子传递到光的体验的一个锁步，而是一个高维的动态轨迹，尖峰以自我编排的节奏在大脑中舞动。
尽管数亿美元正被用于构建连接体——一种大脑中逐神经元的图谱，但伊芙·马德尔等科学家认为，由于这些电路的复杂性，单凭结构图谱并不能让我们走得很远。功能连接可以在毫秒内忽隐忽现。单个神经元似乎会随着时间的推移改变其调谐特性14,15因此可能不是“字节可寻址的”——也就是说，稳定地表示某些信息，而是在一个动态字典中运行，该字典不断地变换，为新的含义腾出空间。混沌鼓励我们将某些疾病视为动力性疾病，癫痫发作是混沌潜在失败的最引人注目的例子。16.混乱might also serve as a signature of brain health: For example, researchers reported less chaotic dynamics in the dopamine-producing cells of rodents with brain lesions, as opposed to healthy rodents, which could have implications in diagnosing and treating Parkinson’s and other dopamine-related disorders.17.
经济学家穆雷·罗斯巴德将混沌理论描述为“从内部摧毁数学”。它篡夺了人类简化的冲动，用混乱和不可预测取代了我们在自然中寻求的清晰的线性关系。同样，大脑的混乱会削弱对人类行为的夸张描述。经济学家经常将人类建模为“理性行动者”:为自己未来的利益而行动的享乐主义计算器。但我们不能真正出于自身利益行事——尽管这是一件合理的事——因为我们不擅长预测它是什么。毕竟，我们怎么能做到呢?正是这种失败造就了我们。
凯利克朗西在麻省理工学院进行了物理学，然后在与土库曼斯坦的和平军团一起服务之前，成为巡回天文学家。作为国家科学基金会，她最近在加利福尼亚大学伯克利加州大学完成了博士学位。她将在今年秋天在瑞士的生物革楚鲁姆开始她的博士后研究。
参考
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