非线性脑动力学作为 underlying 多体场动力学的宏观表现

与行为相关的神经活动模式发生在从原子、分子到全脑的多个时空尺度上。在此我们借助物理学家为分析其他科学领域中类似层次所设计的工具，探讨在多体物理背景下解释神经生理学数据的可行性。我们聚焦于介观层次，它在神经元的微观功能与通过血流动力学成像揭示的脑系统宏观功能之间提供了一条多步骤通路。我们使用从兔和猫的初级感觉区及边缘区硬膜表面固定的高密度电极阵列采集的脑电图（EEG）记录，这些动物接受过分辨条件刺激（CS）不同模态的训练。EEG 信号经 Hilbert 变换的高时间分辨率给出了载波波的振幅（AM）和相位调制（PM）的多种间歇性空间模式的证据，这些模式在 beta 和 gamma 频段以近零时间滞后在长距离上反复重新同步。通过轴树突突触传递实现神经相互作用的主导机制应因有限传播速度对 EEG 振荡施加距离依赖的延迟。但事实并非如此。EEG 反而显示出反常色散的证据：在神经群体中存在着信息和高能传递的低速范围，以及相变扩散的高速范围。这一区分标定了该现象但并未解释它。在本报告中，我们运用能量耗散、皮层对对应于 AM 模式的多重基态的维持、以及通过自发对称性破缺（SBS）对序列中单态的排他性选择等概念来探讨对这些现象的分析。