Уравнения разкриват нестройни ритми в организма

Посредством уравнения физици разкриват съществуването на сложни състояния в човешкото тяло.

Много системи в природата – от биенето на нашите сърца до правилното функциониране на нашите мозъци, зависят от работата на голям брой „осцилатори“, представляващи отлично координирани системи, работещи в единен строй.

Например клетките на сърдечния мускул. Ако те не действат заедно, нищо не става. Но обединят ли се, настъпват силни изменения. Кооперацията между невроните се отразява на мозъчните вълни и когнитивните способности, синхронните съкращения на сърдечните клетки са причина за това цялото сърце да се свива и да върти кръвта в тялото.

Но понякога тези осцилации се объркват, отбелязва Phys.Org.

Учени от Университета в Ланкастър съобщават в Nature Communications за възможното съществуване на явленията „стъкловидно състояние“ и „свръхрелаксация“ в мрежите от миниатюрни осцилатори в мозъка, сърцето и другаде.

За да разкрият тези явления, те са приложили нов подход към решаването на система от уравнения, предложена от японския учен Йошики Курамото през седемдесетте години на миналия век.

Неговата теория показва принципната възможност за предсказване на свойствата на една цялостна система, като се използва информация за индивидуалните взаимодействия между съставящите системата осцилатори.

Например чрез наблюдение върху взаимодействията между клетките на сърдечния мускул ние можем да правим заключения за това дали сърцето като цялостен орган ще се съкращава правилно и съответно дали ще извършва кръвообращението.

Аналогично, чрез наблюдение върху взаимодействията между невроните в мозъка, можем да разберем причините за явления, свързани с работата на мозъка като цяло. Такива явления са мислите, сънищата, амнезията, епилептичните припадъци и др.

Физиците Дмитро Лаценко, Питър Макклинток и Анета Стефановска съобщават за много по-общи решения на уравненията на Курамото от известните досега. Тези решения водят да някои доста неочаквани резултати.

Изненадващо, осцилаторите могат да формират „стъклоподобни“ състояния, в които нагласят темпото на своите ритми, но иначе остават некоординирани помежду си. По този начин се поражда някакъв вид „синхронен безпорядък“, много подобен на молекулния безпорядък в структурата на стъклото.

При това, още по-удивително е, че при определени обстоятелства осцилаторите могат да се държат като напълно независими, въпреки че са тясно свързани. Авторите наричат това явление „свръхрелаксация“.

Тези резултати повдигат интригуващи въпроси. Например, какво означава невроните в мозъка да попаднат в стъклоподобно състояние?

Според Дмитро Лаценко, докторантът, решил уравненията, въпросите, поставени от резултатите, са повече от отговорите.

„Не е съвсем ясно още какво би означавало, ако това се случи в човешкото тяло, но ако невроните в мозъка попаднат в стъкловидно състояние, то това би трябвало да има силна връзка със състоянията на разума или може да е някаква болест.“

Водещият учен професор Анета Стефановска казва:

„При множество осцилатори точният момент, когато нещо се случва, е много по-важен, отколкото силата на отделното събитие. Тази нова работа разкрива екзотични промени, които могат да се случат в едромащабни трептения като резултат от измененията във взаимоотношенията между микроскопичните осцилатори. Тъй като трептенията се наблюдават в огромен брой системи в природата и техниката, тези резултати имат широка приложимост.“

Професор Питър Макклинток добавя: „Резултатът от работата отваря врати към много нови изследвания и ще спомогне за повишено разбиране в множество напълно различни на пръв поглед научни области.“