Naukowcy od dawna zastanawiali się, jak miliardy niezależnych neuronów w mózgu łączą się, aby powstała maszyna biologiczna, która z łatwością pokonuje najbardziej zaawansowane komputery. Ostatnie 20 lat przyniosło wiele dowodów, że aby to osiągnąć mózg „nakręca się” do granic możliwości, a mimo to nie ulega uszkodzeniu. Hipoteza krytyczności (reżim obliczeniowy optymalizujący przetwarzanie informacji) zakłada, że mózg stoi na cienkiej linii między maksymalnym pobudzeniem a chaosem. Dokładnie w tym stanie przetwarzanie informacji jest maksymalne.
„Kiedy neurony łączą się, aktywnie poszukują krytycznego reżimu” - powiedział Keith Hengen z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis , główny autor artykułu opublikowanego czasopiśmie „Neuron” - „Nasza nowa praca [...] pokazuje, że krytyczność jest cechą charakterystyczną normalnie funkcjonujących sieci”.
Krytyczność mózgu jest jedynym znanym reżimem obliczeniowym, który z definicji optymalizuje przetwarzanie informacji - takich jak pamięć, zdolność kodowania czy przekazywania złożonych wzorców. Jest ona aktywnie regulowana przez neurony hamujące, które są dobrze przygotowane do regulowania i optymalizacji sieci neuronowej.
Teorię stanu krytycznego mózgu zaproponowali pierwotnie fizycy teoretyczni. Neurobiolodzy podchodzili do tego pomysłu sceptycznie. Wynikało to z kontrowersji dotyczących opisowego charakteru większości wczesnych prac i wad pomiaru krytyczności. Obecnie istnieje możliwość śledzenia pojedynczych neuronów przez długi czas. Stymulowanie ich lub ograniczanie stymulacji pozwala na precyzyjne obliczenie w jakim stanie znajduje się mózg i ocenę, czy jego pobudzenie osiągnęło wartość krytyczną. Okazuje się, że krytyczny stan mózgu jest zgodny z modelami teoretycznymi fizyków.
„To elegancki pomysł: że mózg może dostroić własność emergentną do punktu starannie przepowiedzianego przez fizyków. I ma to intuicyjny sens, że ewolucja wybrała fragmenty i kawałki, które dają początek optymalnemu rozwiązaniu.” - podkreślił Hengen.
