دانش‌مندان دریافته‌اند که ردیف‌های سلولیِ درونِ مغز دارای ساختارِ «سیم‌کشی» هستند. در شبکه‌هایی با این ساختار ارتباط میانِ ردیف‌های سلولی به صورتِ پهلوبه‌پهلو است که تاثیرِ به‌سزایی در افزایشِ سرعتِ انتقالِ جانبیِ داده‌ها در سرتاسرِ مغز دارد. سیگنال‌های مربوط به ارتباطاتِ بلندبُرد در این شبکه‌ها سریع‌تر از شبکه‌های «بدون‌مقیاس» منتقل می‌شوند.

پیچیدگیِ فوق‌العاده‌ی مغز، تعیینِ اصولِ بنیادی و ساختاریِ آن را بسیار دشوار می‌کند. به عنوانِ مثال در بسیاری از گونه‌ها، قشرِ مغز به ردیف‌های سلولی تقسیم شده که سلول‌های آن کاملاً با هم در ارتباط هستند. اهمیتِ کارکردیِ این ساختار برای مدتِ یک قرن موضوعِ بحثِ دانش‌مندان بود، اما به تازگی رالف استوپ (Ralph Stoop) از دانش‌گاهِ باسِل در سوییس به همراهِ هم‌کارانش با به‌کارگیریِ مدل‌های محاسباتی در موردِ شبکه‌های عصبی به این نتیجه رسیده‌اند که ساختارِ درونیِ تک‌تکِ این ردیف‌های سلولی چندان مهم نیست، بلکه آن‌چه مهم است آن است که چگونه این ردیف‌های جدا ازهم، با یک‌دیگر در ارتباط هستند. این گروهِ پژوهشی نتایجِ خود را در مجله‌ی Physical Review Letters گزارش کرده‌اند.

به منظورِ بررسیِ اهمیتِ ساختارِ «سیم‌کشی» درونِ ردیف‌های سلولی، اعضای این گروه نورون‌ها را به صورتِ ریاضی شبیه‌سازی کرده و آن‌ها را درونِ شبکه‌هایی می‌چینند. سپس این ساختارها را با شیوه‌های ارتباطیِ متفاوت به هم مربوط ساخته و با هم مقایسه می‌کنند. این افراد به طرزِ شگفت‌آوری دریافتند که هنگامی که توانِ ارتباطی و یا چیدمانِ لایه‌ای ردیف‌های شبیه‌سازی‌شده را همانندِ ردیف‌های زیستیِ مشاهده‌شده در طبیعت برمی‌گزینند، تواناییِ آن‌ها برای انجامِ یک عملیاتِ محاسباتی (مانندِ دسته‌بندیِ حروفِ الفبای عربی) چندان افزایش نمی‌یابد.

فراتر از شبکه‌های بی‌مقیاس: نقشِ ردیف‌های قشرِ مغز در داشتنِ ذهنی سریع

فرآیندِ انتقالِ داده‌ها به صورتِ جانبی فرآیندی‌ست که برای هماهنگ‌کردنِ فعالیت‌های درونِ مغز انجام می‌شود. پژوهش‌گران دریافتند وجودِ ارتباط میانِ ردیف‌ها به صورتِ پهلوبه‌پهلو، تاثیرِ به‌سزایی در افزایشِ سرعتِ انتقالِ جانبیِ داده‌ها در سرتاسرِ این مغزِ شبیه‌سازی‌شده دارد. نویسندگانِ این مقاله شبکه‌هایی را با هم مقایسه کرده‌اند که ارتباطِ میانِ ردیف‌های ساده‌سازی و شبیه‌سازی‌شده‌ی آن‌ها، دارای توزیعِ فضاییِ متفاوت بوده‌اند. به عنوانِ مثال در موردِ شبکه‌های «بدون‌مقیاس» که بسیاری از شبکه‌های دنیای واقعی را شامل می‌شود، شمارِ ارتباطاتِ برقرارشده به صورت یک «تک‌رابطه» توانی با مسافتِ موجود میانِ نقطه‌ی آغاز و پایانِ ارتباط کاهش میابد. بنابراین شمارِ ارتباطاتی که نسبتاً بلندبُرد هستند کم‌تر است. اما Stoop و هم‌کارانش دریافتند که اگر برای شبکه‌های بی‌مقیاس و شبکه‌های دارای «سیم‌کشی» مسافتِ کلِ ارتباط را یکسان در نظر بگیرند، در شبکه‌های دارای «سیم‌کشی» که با قانونِ «دو رابطه توانی» (یا همان مدل «دوفراکتالی» که طبق آن احتمال اتصال و یا ارتباط بین دو سایت از شبکه با یک وزن به صورت تقریبی عکس فاصله و با یک منهای آن وزن، به صورت عکس مجذور فاصله بین آن‌ها داده می‌شود) کار می‌کنند، سیگنال‌های ارتباطی سریع‌تر جابه‌جا می‌شوند. این شیوه‌ی توزیعِ ارتباطات که از راهِ انجامِ بررسی‌های میکروسکوپیکی بر روی حیواناتِ آزمایش‌گاهی به ذهنِ دانش‌مندان رسیده است، توضیحِ روشنی درباره‌ی مواردِ بسیار زیادِ ارتباطاتِ بلندبُرد به دست می‌دهد که در آن‌ها داده‌ها میانِ ردیف‌های دور از هم، به سرعت جابه‌جا می‌شوند.

منبع:http://physics.aps.org/synopsis-for/print/10.1103/PhysRevLett.110.108105