格拉纳达大学研究发现,人类大脑运行在稳定与混沌交界的临界点附近。这种“差一点”的设计让大脑在保持极高灵活性的同时,避免了因过度敏感而导致的系统失控。

长期以来,神经科学家一直着迷于一个设想,即人类的大脑运行在所谓的“临界点”上。这就像是物质从冰变成水的相变过程,是处于绝对稳定与彻底混沌之间的一道窄缝。理论上,在这个“甜点位”运行的网络拥有最强的计算灵活性和最敏锐的感知力,甚至目前最先进的人工智能也在模仿这种“混沌边缘”的运行方式。

然而,这个迷人的理论近期遭到了挑战。格拉纳达大学的一名博士生Rubén Calvo Ibáñez与合作者在2026年3月发表于《物理评论快报》的研究中指出,过去许多被视为大脑具有“临界性”的证据,可能只是统计学上的假象。

问题出在数据的解读方式上。在分析大脑的功能磁共振成像数据时,研究人员通常会寻找某种缩放模式,即大脑活动在不同时空尺度下看起来都具有相似的特征。但研究发现,如果神经信号随时间的变化非常缓慢且平滑,或者数据采样量不足,哪怕是一个各区域完全独立、毫无关联的系统,也能伪造出这种临界状态的化学指纹。这在采样时间较短的功能磁共振成像检测中尤为常见。

为了拨开迷雾,Rubén Calvo Ibáñez的团队开发了一套更为严谨的框架。他们使用了来自136名健康参与者的LEMON数据集,并将所有人的数据汇总,以减少采样误差。他们还使用了一种“时间偏移随机化”的技术,像洗牌一样打乱每个大脑区域的时间线。如果大脑真的在协同工作,这种随机化会毁掉原有的特征,如果只是统计假象,特征则会保留下来。

实验结果非常清晰。在排除了各种干扰因素后,研究确认人类大脑确实表现出了真实的集体动力学特征,但它的运行状态并不是刚好在临界点上,而是位于临界点下方一点点的地方。如果以1.0作为代表失控的临界值,大脑的有效耦合强度大约在0.88左右。

为什么要“差一点”才最好?Rubén Calvo Ibáñez解释说,停留在临界点附近可以保留所有的计算优势,比如丰富的处理模式和强大的信号放大能力。但如果真的踩在临界点上,大脑就会变得极其脆弱,哪怕一点小小的扰动都可能导致系统失控,引发 runaway 式的异常活动或整体不稳定性。保持一段安全距离,能让大脑在保持聪明的同时,拥有更强的稳健性。

这项发现不仅让我们更深入地了解了大脑的运作逻辑,还为未来研究衰老、疾病或认知状态如何改变大脑的“临界距离”提供了新工具。科学家们希望,这套框架将来能应用到神经科学以外的更多领域,帮助人们识破那些披着科学外衣的统计陷阱。

本文译自 phys.org,由 BALI 编辑发布。