大腦是昂貴的,相對于身體大小而言,大腦會產(chǎn)生高昂的物質(zhì)和代謝成本,而腦網(wǎng)絡(luò)可以通過改變組織形式來減少這些成本。但是,腦網(wǎng)絡(luò)連接組也有很高的拓?fù)湫?、魯棒性、模塊化和連接hub的“富人俱樂部”,這些和其他有利的拓?fù)涮匦远加锌赡茉黾硬季€成本(即腦網(wǎng)絡(luò)連接的物理成本)。作者認(rèn)為,大腦組織是在最小化成本和最有價(jià)值的拓?fù)淠J街g進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性權(quán)衡決定的。隨著腦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,在增長和適應(yīng)不斷變化的認(rèn)知需求中,布線成本和拓?fù)鋬r(jià)值之間權(quán)衡取舍的過程將持續(xù)進(jìn)行,無論是在較長(數(shù)十年)和較短(毫秒)的時(shí)間尺度。對神經(jīng)精神疾病的經(jīng)濟(jì)性分析突顯了昂貴的腦網(wǎng)絡(luò)元素在病理發(fā)作或異常發(fā)育中的脆弱性。Nature Reviews Neuroscience上的這篇文章,可以加深我們對腦網(wǎng)絡(luò)組織形式的理解。
社會和自然系統(tǒng)通常由復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,當(dāng)以圖(graph)表示這些網(wǎng)絡(luò)時(shí),它們既沒有純粹的隨機(jī)的拓?fù)鋵傩砸矝]有規(guī)則的拓?fù)鋵傩?。拓?fù)鋸?fù)雜性在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中非常普遍,包括科學(xué)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)、蠕蟲、猴子和人類的腦網(wǎng)絡(luò)等。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣M織對于它們的整體功能、表現(xiàn)和行為很重要。例如,在細(xì)胞水平,蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相互作用的拓?fù)鋵τ诖x和基因調(diào)控功能的表現(xiàn)至關(guān)重要;在社會層面,人與人之間網(wǎng)絡(luò)交互的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與思想和創(chuàng)新的文化傳播以及人口對流行病的脆弱性有關(guān)。
如Box1所示,大腦被嵌入在三維解剖空間中,其構(gòu)建和運(yùn)行所需的物理成本比較昂貴。腦網(wǎng)絡(luò)的某些自適應(yīng)行為(例如信息處理能力、魯棒性)可能與拓?fù)鋵傩杂嘘P(guān),如果成本(cost)最小化是驅(qū)動(dòng)大腦組織的唯一因素,那么拓?fù)鋵傩钥赡懿粫霈F(xiàn)。例如,如果成本控制的簡約原則是腦網(wǎng)絡(luò)選擇的唯一標(biāo)準(zhǔn),那么我們就不會在解剖空間看到彼此遠(yuǎn)離的節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸具有很高的整體效率。因此,腦網(wǎng)絡(luò)在布線成本(wiring cost)最小化和適應(yīng)性價(jià)值最大化的競爭標(biāo)準(zhǔn)之間權(quán)衡支撐腦網(wǎng)絡(luò)組織的經(jīng)濟(jì)性。
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