Используя согласованные в масштабах всего мозга данные индикаторов, исследователи описывают кору как сеть связей со структурой «галстук-бабочка», характеризующуюся высокоэффективным плотным ядром, соединяющимся с «крыльями» прямой связи и путями обратной связи с остальными. коры (периферии). Местные цепи, доходящие с точностью до 2.5 миллиметров и занимая более 70 процентов всех связей в коре макака, интегрированы в областях с различными функциональными модальностями (соматосенсорными, моторными, когнитивными) со средними и дальними проекциями.
Авторы также сообщают о простой сетевой модели, которая включает физический принцип энтропийной стоимости длинных проводных соединений и пространственное расположение функциональных областей в коре головного мозга. Они показывают, что эта модель воспроизводит свойства данных о связности в экспериментах, включая структуру галстука-бабочки.
Крылья галстука-бабочки возникают в результате противотока организации путей прямой связи и обратной связи. Они также демонстрируют, что, вопреки предыдущим убеждениям, такие высокоплотные кортикальные графы могут одновременно обеспечить сильную связь (почти прямую между любыми двумя областями), эффективность связи и экономию соединений (показанную путем оптимизации общей стоимости проводов) за счет корреляции веса и расстояния. которые также являются следствием этой простой сетевой модели.
Такое расположение галстука-бабочки – типичная особенность самоорганизующихся систем обработки информации.
В документе отмечается, что кора головного мозга имеет некоторые аналогии с сетями обработки информации, такими как Всемирная паутина, а также метаболизм, иммунная система и передача сигналов клеток. Они говорят, что структура бабочки ядро-периферия является «эволюционно предпочтительной структурой для самых разных сложных сетей», потому что «эти системы не находятся в термодинамическом равновесии и необходимы для поддержания потока энергии и материи через систему."Мозг, однако, также показывает важные отличия от таких систем. Например, адреса назначения кодируются в информационных пакетах, отправляемых по Интернету, очевидно, в отличие от мозга, а местоположение и время активности являются критическими факторами обработки информации в мозгу, в отличие от Интернета.
«Биологические данные чрезвычайно сложны и разнообразны», – сказал Торочкаи. "Однако как физик меня интересует, что является общим или инвариантным в данных, потому что это может раскрыть фундаментальный организационный принцип, лежащий в основе сложной системы. Минимальная теория, включающая такой принцип, должна воспроизводить наблюдения, если не во всех деталях, но в степени. Я считаю, что с дополнительными согласованными данными, полученными командой Кеннеди, фундаментальные принципы массовой обработки информации в нейронных сетях мозга становятся доступными."