大脑是效率的奇迹，经过数千年的进化，它能够适应并在快速变化的世界中茁壮成长。然而，尽管经过了几十年的研究，大脑如何做到这一点的谜团仍然难以捉摸。

悉尼大学博士后研究员Brandon Robert Munn的新研究发表在《细胞》杂志上，揭示了神经元 —— 负责你童年记忆、思想和情感的细胞 —— 如何协调它们的活动。

这有点像一个在高绩效企业工作的员工。平衡个人技能和团队合作是成功的关键，但你如何实现平衡呢？

事实证明，大脑的秘密非常简单：每个细胞将不超过一半（不少于40%）的精力用于单独的任务。

剩下的努力去哪儿了？面向可扩展的团队合作。

更重要的是：我们在五种物种的大脑中发现了完全相同的组织结构 —— 从果蝇和线虫到斑马鱼、老鼠和猴子。

这些物种来自生命之树的不同分支，它们之间相隔了超过10亿年的进化，这表明我们可能已经发现了优化信息处理的基本原理。它也为当今任何复杂的系统提供了强有力的教训。

关键的中间地带

新的发现解决了一个长期以来关于大脑的争论：神经元是像明星球员一样（每个人都高度专业化和高效），还是优先考虑团队合作（即使某些元素出现问题，也要确保整个系统正常工作）？

回答这个问题很有挑战性。直到最近，神经科学工具还局限于记录几个或几百万个细胞的活动。

这就像试图通过采访少数员工或只收到高层部门的摘要来了解一家大公司一样。关键的中间立场缺失了。

然而，随着钙成像技术的进步，我们现在可以同时记录成千上万个细胞的信号。钙成像是一种让我们通过荧光传感器实时观察神经活动的方法，荧光传感器根据细胞中的钙水平发光。

运用在物理培训中获得的见解来分析大规模数据集，科学家们发现大脑活动是根据分形层次结构展开的。

细胞一起工作，建立更大的、协调的网络，创建一个组织，每个规模都反映了上面和下面的规模。

这个结构回答了争论：大脑实际上两者都做。

它以一种巧妙的方式平衡了个性和团队精神。随着神经元在越来越大的网络中协作，大约一半的努力用于“个人”表现。

大脑能迅速适应变化

为了测试大脑的结构是否具有独特的优势，我们进行了计算模拟，揭示了这种分形层次结构优化了大脑中的信息流。

它允许大脑做一些至关重要的事情：适应变化。它确保大脑有效运作，用最少的资源完成任务，同时保持弹性，即使在神经元失灵时也能保持功能。

无论你是在陌生的地形中航行，还是对突然的威胁做出反应，你的大脑都会迅速处理新信息并采取行动。神经元不断调整它们的协调性，保持大脑足够稳定，可以进行深入思考，但也足够敏捷，可以应对新的挑战。

研究人员发现，多尺度组织允许不同的策略 —— 或“神经编码” —— 在不同的尺度上发挥作用。

例如，我们发现斑马鱼的运动依赖于许多神经元的协同工作。这种弹性设计确保游泳即使在快速变化的环境中也能顺利进行。

相比之下，老鼠的视觉适应于细胞尺度，允许从场景中提取细节所需的精度。在这里，如果一些神经元错过了关键的信息片段，整个感知就会改变 —— 就像视觉错觉欺骗了你的大脑一样。

研究结果表明，这种神经元活动的分形协调，发生在一个巨大的进化跨度中：从最后的共同祖先生活在4.5亿年前的脊椎动物到可追溯到10亿年前的无脊椎动物。

这表明大脑已经进化到平衡效率和弹性，允许优化信息处理和适应新的行为需求。进化的持久性暗示着我们已经发现了一个基本的设计原则。

一个基本原则？

这是激动人心的时刻，物理学和神经科学继续相互作用，以揭示大脑的普遍规律，这些规律是经过亿万年的自然选择精心制作的。未来的工作将需要看到这些原理如何在人类大脑中发挥作用。

新的发现还暗示了一些更重要的东西：个人专注和可扩展的团队合作的简单规则，可能不仅仅是大脑的解决方案。

当元素被组织成分层网络时，资源可以有效地共享，并且系统对中断变得健壮。

最好的企业以同样的方式运作 —— 当一个新的挑战出现时，个人可以不等待经理的指示就做出反应，使他们能够在迅速得到组织支持的同时解决问题。

在复杂系统中实现弹性和效率可能是一个普遍的原则。

看来篮球传奇迈克尔·乔丹说得对：“天赋赢得比赛，但团队合作和智慧赢得冠军。”

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