Att förstå de grundläggande beståndsdelarna i universum är svårt. Att förstå hjärnan är en annan utmaning helt och hållet. Varje kubik millimeter mänsklig hjärna innehåller cirka 4 km neuronala "trådar" som bär signaler på millivoltnivå, förbinder otaliga celler som definierar allt vi är och gör. De gamla egyptierna visste redan att olika delar av hjärnan styr olika fysiska funktioner, och ett par århundraden har gått sedan läkare underhöll folkmassor genom att leda strömmar genom lik för att få dem att se levande ut. Men bara under de senaste decennierna har neurovetenskapare kunnat fördjupa sig djupt i hjärnans kretsar.

Den 25 januari, talar till en fullsatt publik på CERNs teoriavdelning, Vijay Balasubramanian från University of Pennsylvania beskrev en fysikers tillvägagångssätt för att lösa hjärnan. Balasubramanian gjorde sin doktorsexamen. i teoretisk partikelfysik vid Princeton University och arbetade även med UA1 -experimentet vid CERN:s Super Proton Synchrotron på 1980 -talet. Idag sträcker sig hans forskning från strängteori till teoretisk biofysik, där han tillämpar metoder som är vanliga inom fysiken för att modellera neuraltopografin för informationsbehandling i hjärnan.

Hjärnans grundarkitektur är rimligt väl förstådd. Mycket komplexa sensoriska och kognitiva uppgifter utförs genom samverkan mellan många specialiserade neuroner och kretsar, var och en har en förvånansvärt enkel funktion. Balasubramanian använde exempel inklusive vårt luktsinne, som gör att människor och andra djur kan skilja stora grupper av luktblandningar med mycket begränsade neurala resurser, och vår "känsla av plats" (hur vi mentalt representerar vår fysiska plats) för att demonstrera att hjärnor har utvecklat neurala kretsar som utnyttjar sofistikerade matematikprinciper - varav några först nu upptäcks.

Anmärkningsvärt, förutsägelser från ganska grova modeller visar sig beskriva hjärnans kretsar ganska bra, ofta utmanande traditionellt tänkande. I allmänhet, Balasubramanians beräkningar tyder på att djur har utvecklats för att få den största kognitiva smällen för det minsta möjliga antalet neuroner. "Neuroner är dyra!" han säger, påpekar att hjärnan bara utgör två procent av vår kroppsvikt men representerar 20 procent av vår metaboliska belastning. Hjärnan förbrukar bara 12W ström, sju gånger mindre än en vanlig bärbar dator, men har betydligt mer beräkningskraft som utnyttjas för att utföra subtilare funktioner. "Hjärnan kan få oss att bli kär, medan datorn knappt känner igen ett ansikte, " han säger.

Fortfarande, Balasubramanian tror att människor överskattar sina kognitiva förmågor:vi är inte riktigt så speciella som vi tror att vi är. Han hävdar att majoriteten av vår hjärnas beteende härrör från primärledningar som är gemensamma för de flesta ryggradsdjur. Medan en kvantitativ förståelse av högre begrepp som "tankar" eller "medvetande" fortfarande är långt borta, uppenbarligen finns det grogrund för fysiker att utforska i neurovetenskapens snabbt föränderliga värld.