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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
生命系統在小尺度上打破了詳細的平衡，消耗能量並在環境中產生熵來執行分子和細胞功能。然而，目前尚不清楚宏觀尺度上詳細平衡的破壞如何體現，以及這種動態如何支持更高階的生物功能。在這裡，我們提出了一個框架，透過測量宏觀系統中的熵產生來量化打破的詳細平衡。我們將我們的方法應用於人類大腦，這個器官的巨大代謝消耗驅動著多種認知功能。使用全腦影像數據，我們證明大腦在休息時幾乎遵循細節平衡，但在執行體力和認知要求較高的任務時會強烈打破細節平衡。使用動態伊辛模型，我們表明，這些大規模違反細節平衡的情況可能是由於元素之間相互作用的精細不對稱性而產生的，這是神經系統的已知特徵。總之，這些結果表明，違反細節平衡對於認知至關重要，並為量化宏觀系統中的熵產生提供了通用工具。