大脑活动——神经元放电——的一个奇特特性是它遵循一定的模式。其中一种模式是，大脑活动倾向于被维持，而不是被抑制或放大。
这实际上是一种特殊的自我组织现象。活跃的神经元倾向于触发其他神经元。如果每个活跃的神经元触发超过一个其他神经元，任何活动都会在链式反应中迅速放大。如果每个神经元触发不到一个其他神经元，活动就会逐渐消失，就像潮湿的烟花一样。
但是，为了维持活动，每个活跃的神经元必须触发大约一个其他神经元。神经科学家称之为临界状态，并认为这最大化了信息流经神经网络。
大多数健康的大脑活动似乎都发生在这种特殊的临界状态。
这就引出了一个有趣的问题。随着年龄增长，大脑功能会发生显著变化。老年人往往更容易健忘、注意力不集中、容易分心。但这会如何改变大脑临界状态的性质，并且能否被观察到？
自我组织的活动
今天，由于印第安纳大学布卢明顿分校的 Leandro Fosque 及其同事的研究，我们得到了某种答案。他们表示，他们发现年龄与大脑临界活动之间存在相关性，这种相关性有一天可能用于诊断监测。
该团队分析了 600 多名年龄在 18 至 88 岁之间的人在 8 分钟内测量的大脑活动数据。数据是通过脑磁描记术 (MEG) 收集的，该技术测量由神经元电活动产生的磁场。
这是一个称为剑桥衰老与神经科学中心 (Cam-CAN) 静息状态脑磁描记术数据集的数据集，它是目前涵盖成年人生育期全部范围的最大数据集。
当然，无法测量单个活跃神经元触发了多少个神经元。但这种触发会导致神经活动的雪崩，而这种雪崩——其大小和持续时间——正是 MEG 所揭示的。
雪崩的大小与其持续时间之间的关系也遵循一个清晰的模式，这是大脑临界组织直接的结果。
事实上，当绘制在对数-对数图上时，这种关系是一条直线。大多数健康的大脑活动似乎都接近这条线，这是一种物理学家称为准临界性的现象。
然而，一个重要的特征是这种活动沿着这条线分布。Fosque 及其同事提出的问题是，年龄和性别等人类因素是否决定了大脑活动的具体位置。
在处理数据时，他们发现了他们正在寻找的确切相关性。他们说：“我们发现年龄与线上位置之间存在微小但显著的负相关。”
临界雪崩
结果表明，老年人大脑活动的平均位置偏低，这表明他们的大脑雪崩幅度较小，持续时间较短。活动也更容易受到微小变化的影响。这或许可以解释为什么老年人更容易分心。该团队还发现了其他相关性，例如统计学上显著的性别偏差。这意味着通过测量大脑的准临界行为，可以分辨出大脑的性别。
Fosque 及其同事的结果与一些早期论文相矛盾，但它们基于比以往更大的数据集。这些结果需要由其他研究不同数据集的人员进行验证，但它们具有巨大的潜力。
Fosque 及其同事的发现表明，MEG 脑部扫描可能被用作诊断某些与年龄相关的大脑疾病的诊断工具，或许还可以用于测量大脑的正常衰老过程和确定大脑年龄。
他们还表示，未来他们将研究患有癫痫、痴呆症和抑郁症等各种神经系统疾病的人的大脑活动数据集。显然，这项工作尚处于早期阶段。但如果被证明是富有成效的，神经诊断的新时代可能即将来临。
参考：准临界性解释了人类神经动力学在整个生命周期中的可变性：arxiv.org/abs/2209.02592
