(a) Konduktansförhållandet för två efterföljande iterationer kontra föregående konduktans under anpassning för 3ttåg iterationer efter träningsfas av varaktighet tträning slutade. Konduktans över tröskelvärdet Cth (vertikal röd streckad linje) konduktanser fluktuerar runt [C(t + δt)/C(t) =1 (horisontell röd streckad linje). Lågkonduktanslänkar följer en effektlag med exponent 1=3 (röd linje). Endast tröskelkonduktans Cth är stimulansstyrkespecifik; jämför grå (q lägg till =40000q (0) och färg (q lägg till =0). (b) Ett nät anpassat för ttåg , itererar längre, 4ttåg , länkar med konduktans som är mindre än tröskelvärdet Cth försvinna (c). γ =1/2, q (0) =1, N =526 och T =30 5t. Kredit:Physical Review Letters (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.028101
Kärlsystemet i vår kropp ger ett konstant flöde av näringsämnen, hormoner och andra resurser, vilket säkerställer effektiv transport. Forskarna Komal Bhattacharyya, David Zwicker och Karen Alim undersökte på vilket sätt ett sådant nätverk kan anpassa sig och förändras över tid. Med hjälp av datorsimuleringar modellerade de nätverket och identifierade anpassningsregler för dess anslutningar.
"Vi fann att styrkan hos en anslutning inom ett nätverk beror på det lokala flödet", förklarar Karen Alim, motsvarande författare till studien. "Detta innebär att länkar med ett lågt flöde under en viss tröskel kommer att avta mer och mer tills de så småningom försvinner", fortsätter hon. Eftersom mängden biologiskt material för att bygga upp kärlsystemet är begränsad och bör användas på ett effektivt sätt, erbjuder denna mekanism ett elegant sätt att effektivisera kärlsystemet.
Ändringar i nätverket är beständiga
När en anslutning väl har blivit mycket svag på grund av en låg flödeshastighet är det mycket svårt att återställa den anslutningen. Ett vanligt exempel på detta är blockering av ett blodkärl, vilket i ett dåligt fall till och med kan leda till en stroke. Under en stroke blir vissa blodkärl i en viss hjärnregion mycket svaga på grund av blockeringen av blodflödet.
"Vi fann att i ett sådant fall är anpassningar i nätverket permanenta och bibehålls efter att hindret har tagits bort. Man kan säga att nätverket föredrar att dirigera om flödet genom befintliga starkare förbindelser istället för att återväxa svagare förbindelser — även om flöde skulle kräva motsatsen", förklarar Komal Bhattacharyya, huvudförfattare till studien.
Med denna nya förståelse av nätverksminne kan forskarna nu förklara att blodflödet förändras permanent även efter framgångsrikt avlägsnande av blodproppen. Denna minnesförmåga hos nätverk kan också hittas i andra levande system:slemmögeln Physarum polycephalum använder sitt adaptiva nätverk för att navigera i sin miljö baserat på avtryck från matstimuli, som visats tidigare.
Den aktuella studien publiceras i Physical Review Letters . + Utforska vidare
