Архив рубрики ~Лента новостей~

Физики объяснили формы нейронов и ветвей деревьев с помощью математики теории струн

Физики объяснили формы нейронов и ветвей деревьев с помощью математики теории струн

NOVOSTI

Ученые применили математический аппарат теории струн, одной из самых абстрактных областей теоретической физики, для расшифровки принципов, по которым природа строит сложные сети — от нейронов мозга до ветвей деревьев и кровеносных сосудов. Исследователи из Политехнического института Ренсселера обнаружили, что биологические сети следуют универсальному геометрическому правилу, направленному на минимизацию поверхности, а не просто длины, как считалось ранее более века.

Долгое время господствовала гипотеза, что живые системы формируют свои сети максимально эффективно, экономя материал, что должно соответствовать принципу минимизации длины. Однако эта одномерная модель, представлявшая сети тонкими проводами, постоянно давала сбои при сравнении с реальностью. Физики обратили внимание на то, что биологические структуры являются непрерывными трехмерными объектами, чьи поверхности должны плавно соединяться.

В новой работе, опубликованной в журнале Nature, ученые показали, что форма таких сетей почти идеально описывается уравнениями, заимствованными из теории струн. Эта область физики, разработанная для объединения квантовой механики и гравитации, создала мощный математический инструмент для вычисления так называемых минимальных поверхностей — самых гладких и эффективных способов соединения объектов в пространстве. Эти уравнения позволили объяснить особенности строения, которые не могла предсказать старая теория, например, распространенность не только двойных, но и тройных, четверных разветвлений, а также наличие тонких боковых отростков, растущих почти под прямым углом. Такие «перпендикулярные побеги» характерны и для нейронов мозга, где они часто заканчиваются синапсами, и для корней растений, что позволяет системе исследовать окружающее пространство с минимальными затратами.

Исследователи проверили выводы теории на высокоточных трехмерных сканах шести различных сетей: нейронов человека и плодовой мушки, кровеносных сосудов человека, тропических деревьев, кораллов и растения арабидопсиса. Во всех случаях структура разветвлений соответствовала принципу минимизации поверхности лучше, чем устаревшей модели. Ученые отмечают, что биологические системы не достигают абсолютного математического идеала из-за множества конкурирующих требований, но общий геометрический принцип остается универсальным для самых разных форм жизни.

Открытие демонстрирует, как абстрактный инструментарий теоретической физики может найти практическое применение для понимания реальных биологических систем. В перспективе эти знания могут помочь в создании искусственных сетей, например, при 3D-биопечати тканей с сосудами или проектировании более эффективных транспортных и коммуникационных систем.

Источник: new-science.ru

Источник: ai-news.ru

Оцените материал:

Поделиться
Понравилась статья? Расскажите другим
ВКонтакте
Читайте также
Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Нейронку БЕЗ ЦЕНЗУРЫ выпустили в открытый доступ — Gemma 4… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Нашли комбайн для скачивания видео и музыки практически отовсюду —… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Инструменты дня 🔍 Кьюи Перепроверяет ChatGPT, Claude и Gemini перед отправкой, потому… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Kimi K3 нашла уязвимость в Redis за 27 минут Исследователь… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Alibaba представила мощный движок синтеза речи Qwen-Audio-3.0-TTS Команда Qwen выпустила… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Lightricks научила ИИ убирать лишних людей и машины с видео… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Copilot теперь живет в «Проводнике» Windows 11 Microsoft продолжает встраивать… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ GitHub Copilot теперь поддерживает модель Gemini 3.6 Flash GitHub начал… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Anthropic представила плагин Claude Security для поиска уязвимостей Anthropic выпустила… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Cursor Router: снижение стоимости запросов к ИИ на 60% Команда… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Российский разработчик СУБД Postgres Pro может сократить до 30% сотрудников…. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Veon досрочно выкупил облигации на $886 млн, одновременно разместив новый… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ 💢 Иван Паломарес Каррaскоса (Machine Learning Mastery) разбирает пять стратегий… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ✅ CEO Cloudflare Мэттью Принс на мероприятии Axios в Каннах… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Нейронку БЕЗ ЦЕНЗУРЫ выпустили в открытый доступ — Gemma 4… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Нашли комбайн для скачивания видео и музыки практически отовсюду —… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Инструменты дня 🔍 Кьюи Перепроверяет ChatGPT, Claude и Gemini перед отправкой, потому… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Kimi K3 нашла уязвимость в Redis за 27 минут Исследователь… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Alibaba представила мощный движок синтеза речи Qwen-Audio-3.0-TTS Команда Qwen выпустила… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Lightricks научила ИИ убирать лишних людей и машины с видео… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Copilot теперь живет в «Проводнике» Windows 11 Microsoft продолжает встраивать… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ GitHub Copilot теперь поддерживает модель Gemini 3.6 Flash GitHub начал… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Anthropic представила плагин Claude Security для поиска уязвимостей Anthropic выпустила… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Cursor Router: снижение стоимости запросов к ИИ на 60% Команда… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Российский разработчик СУБД Postgres Pro может сократить до 30% сотрудников…. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Veon досрочно выкупил облигации на $886 млн, одновременно разместив новый… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ 💢 Иван Паломарес Каррaскоса (Machine Learning Mastery) разбирает пять стратегий… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ✅ CEO Cloudflare Мэттью Принс на мероприятии Axios в Каннах…