Нестабильность деятельности головного мозга всегда удивляла ученых. Мозг человека является мощным вычислительным устройством и при этом скорость и эффективность процессов, происходящих в нем, постоянно меняется. Согласно наиболее распространенной гипотезе, это связано с тем, что мозг задействован одновременно для решения сразу многих задач, которые мешают друг другу.

На создание новой теории, объясняющей «суматошность» деятельности головного мозга, группу ученых из Института биомедицинских исследований Вулфсона и Подразделения компьютерной нейробиологии Гэтсби вдохновила идея, лежащая в основе знаменитого эффекта бабочки: взмах крыльев бабочки в Бразилии может привести к урагану в Техасе.

По мнению исследователей, возможно, что небольшое возмущение в головном мозгу, своего рода, эквивалент взмаха крыльев бабочки, может отразиться на деятельности всего головного мозга. Эксперименты показали, что дополнительный потенциал действия, или нервный импульс в мозгу крысы запускает примерно 30 дополнительных импульсов в окружающих нейронах, что, в свою очередь, активирует другие нейроны и т.д. В результате 1 дополнительный импульс активирует миллионы нейронов головного мозга.

Таким образом, считают ученые, изменчивость деятельности головного мозга может быть результатом возникающего при этом электрического «шума» и является фундаментальным признаком мозговой функции в норме.

Эффект бабочки приводит к тому, что мозг является довольно «шумным» органом, что не мешает ему решать сложные задачи быстрее и точнее, чем самый мощный компьютер, который когда-либо существовал. Мозг справляется с эффектом бабочки при помощи стратегии, получившей название «кода нормы» (rate code). При этом нейроны реагируют на действия сразу группы (ансамбля) других нейронов, не обращая внимания на индивидуальные импульсы.

Биологические причины такой активности мозга пока не известны ученым, но есть предположение, что это, своего рода, плата за высокую вариабельность межнейронных контактов: каждый нейрон соединяется примерно с 10 тысячами других, что, в общей сложности, дает 8 миллионов километров электрических соединений в головном мозгу одного человека. Так что пока ученые считают «электрический шум», возникающий при эффекте бабочки, исключительно побочным эффектом.

Sensitivity to perturbations in vivo implies high noise and suggests rate coding in cortex — Nature, doi:10.1038/nature09086, 01 July 2010.

источник