1982, Nobelpriset i fysik tilldelades Ken Wilson för hans bidrag till att förstå vad som händer i vissa material när de genomgår en fasövergång – som övergången mellan flytande vatten och ånga. För vissa typer av fasövergångar, det visar sig att de styrande fysikens lagar överensstämmer med en mycket märklig, fraktal symmetri. Det är, de fysiska lagarna är desamma oavsett om de betraktas i liten skala eller stor skala. Konsekvenserna av denna udda skalförändringssymmetri är djupgående. Det visar sig att ganska olika system – inte bara vatten – uppvisar samma sak, universellt beteende så länge de överensstämde med samma skalförändringssymmetri.

Vad har denna grundläggande fysik med hjärnan att göra? Spola framåt ett par decennier, och forskare fann att hjärnaktivitet i hjärnbarken uppvisar några av samma funktioner som de fysiska system som studerats av Wilson. Hjärnbarken kan också genomgå en fasövergång. Detta är inte att säga att hjärnan kan förångas eller frysa. Snarare, hjärnans aktivitet kan genomgå en övergång från ordnad sortering till en mer oordningssort. Denna övergång verkar dela många likheter med dem som studerats i stor omfattning i fysiska system, men fram till helt nyligen hade den mest grundläggande frågan inte tagits upp. Skalförändringssymmetrin som studerats av Wilson och andra hade inte studerats i samband med hjärndynamik.

Forskare vid institutionen för fysik vid University of Arkansas som samarbetar med neurobiologer från Imperial College London har nu gjort detta. Vidit Agrawal, en doktorand vid U of A, och kollegor har direkt visat att de dynamiska reglerna för cerebral cortex aktivitet kan, under vissa omständigheter, överensstämmer med skalförändringssymmetri. De analyserade experimentella mätningar från muscortex och beräkningsmodeller av neurala nätverk. Beräkningsmodellerna bekräftade att skalförändringssymmetri endast inträffar nära en typ av neural fasövergång. Experimentdata visade att när en mus vaknar från narkos, det är hjärnans dynamik närmar sig skalförändringssymmetri. Arbetet föreslår att i vaket tillstånd, hjärnbarken styrs av lagar som är desamma i olika skalor.