大腦是效率的奇跡，經過數千年的進化，它能夠適應並在快速變化的世界中茁壯成長。然而，儘管經過了幾十年的研究，大腦如何做到這一點的謎團仍然難以捉摸。

悉尼大學博士後研究員Brandon Robert Munn的新研究發表在《細胞》雜誌上，揭示了神經元 —— 負責你童年記憶、思想和情感的細胞 —— 如何協調它們的活動。

這有點像一個在高績效企業工作的員工。平衡個人技能和團隊合作是成功的關鍵，但你如何實現平衡呢？

事實證明，大腦的秘密非常簡單：每個細胞將不超過一半（不少於40%）的精力用於單獨的任務。

剩下的努力去哪兒了？面向可擴展的團隊合作。

更重要的是：我們在五種物種的大腦中發現了完全相同的組織結構 —— 從果蠅和線蟲到斑馬魚、老鼠和猴子。

這些物種來自生命之樹的不同分支，它們之間相隔了超過10億年的進化，這表明我們可能已經發現了優化信息處理的基本原理。它也為當今任何複雜的系統提供了強有力的教訓。

關鍵的中間地帶

新的發現解決了一個長期以來關於大腦的爭論：神經元是像明星球員一樣（每個人都高度專業化和高效），還是優先考慮團隊合作（即使某些元素出現問題，也要確保整個系統正常工作）？

回答這個問題很有挑戰性。直到最近，神經科學工具還局限於記錄幾個或幾百萬個細胞的活動。

這就像試圖通過採訪少數員工或只收到高層部門的摘要來瞭解一家大公司一樣。關鍵的中間立場缺失了。

然而，隨著鈣成像技術的進步，我們現在可以同時記錄成千上萬個細胞的信號。鈣成像是一種讓我們通過螢光感測器即時觀察神經活動的方法，螢光感測器根據細胞中的鈣水平發光。

運用在物理培訓中獲得的見解來分析大規模數據集，科學家們發現大腦活動是根據分形層次結構展開的。

細胞一起工作，建立更大的、協調的網路，創建一個組織，每個規模都反映了上面和下面的規模。

這個結構回答了爭論：大腦實際上兩者都做。

它以一種巧妙的方式平衡了個性和團隊精神。隨著神經元在越來越大的網路中協作，大約一半的努力用於“個人”表現。

大腦能迅速適應變化

為了測試大腦的結構是否具有獨特的優勢，我們進行了計算類比，揭示了這種分形層次結構優化了大腦中的資訊流。

它允許大腦做一些至關重要的事情：適應變化。它確保大腦有效運作，用最少的資源完成任務，同時保持彈性，即使在神經元失靈時也能保持功能。

無論你是在陌生的地形中航行，還是對突然的威脅做出反應，你的大腦都會迅速處理新資訊並採取行動。神經元不斷調整它們的協調性，保持大腦足夠穩定，可以進行深入思考，但也足夠敏捷，可以應對新的挑戰。

研究人員發現，多尺度組織允許不同的策略 —— 或“神經編碼” —— 在不同的尺度上發揮作用。

例如，我們發現斑馬魚的運動依賴於許多神經元的協同工作。這種彈性設計確保游泳即使在快速變化的環境中也能順利進行。

相比之下，老鼠的視覺適應於細胞尺度，允許從場景中提取細節所需的精度。在這裡，如果一些神經元錯過了關鍵的資訊片段，整個感知就會改變 —— 就像視覺錯覺欺騙了你的大腦一樣。

研究結果表明，這種神經元活動的分形協調，發生在一個巨大的進化跨度中：從最後的共同祖先生活在4.5億年前的脊椎動物到可追溯到10億年前的無脊椎動物。

這表明大腦已經進化到平衡效率和彈性，允許優化資訊處理和適應新的行為需求。進化的持久性暗示著我們已經發現了一個基本的設計原則。

一個基本原則？

這是激動人心的時刻，物理學和神經科學繼續相互作用，以揭示大腦的普遍規律，這些規律是經過億萬年的自然選擇精心製作的。未來的工作將需要看到這些原理如何在人類大腦中發揮作用。

新的發現還暗示了一些更重要的東西：個人專注和可擴展的團隊合作的簡單規則，可能不僅僅是大腦的解決方案。

當元素被組織成分層網路時，資源可以有效地共用，並且系統對中斷變得健壯。

最好的企業以同樣的方式運作 —— 當一個新的挑戰出現時，個人可以不等待經理的指示就做出反應，使他們能夠在迅速得到組織支持的同時解決問題。

在複雜系統中實現彈性和效率可能是一個普遍的原則。

看來籃球傳奇邁克爾·喬丹說得對：“天賦贏得比賽，但團隊合作和智慧贏得冠軍。”