Достижения мозга. Как этот орган стал самой сложной и влиятельной частью тела человека

Короткие пути бывают опасны

Эти сети тесного мира очень распространены в природе и встречаются в самых разных сферах. Уоттс и Строгац приводят примеры 302 нейронов небольшого круглого червя нематоды Caenorhabditis elegans, электрическую сеть США и граф сотрудничества киноактеров – все это сети тесного мира!

У таких сетей есть очень разветвленные подсети, которые называются кликами, отличающиеся высоким коэффициентом кластеризации: существуют многочисленные связи между их членами (точное определение

клика обозначает совокупность связанных между собой попарно вершин). Они также обладают высоким уровнем глобальной взаимосвязи: расстояние между двумя вершинами – то есть число шагов, которые отделяют одну вершину от другой – в среднем довольно короткое.

Короткие пути сетей тесного мира определяют, например, закономерности возникновения и распространения некоторых инфекционных заболеваний. Пандемия Covid-19 позволила сделать поразительное открытие: выяснилось, что большинство заражений происходят от очень немногих людей. Около 80 % инфекций связаны только с 10–20 % суперраспространителей. Зато 60–75 % заболевших людей никого не заражают. Следовательно, если бы удалось идентифицировать и изолировать этих немногочисленных суперраспространителей, то мы получили бы возможность легко контролировать распространение вируса! Это важное свойство сетей тесного мира: контролировать вершины с самым большим количеством связей является простым и эффективным способом наблюдения за поведением всей сети.

Тесный мир мозга

В настоящее время нейробиологи пытаются применить модель сети тесного мира к мозгу человека, чтобы немного разобраться в очень сложной структуре его связей. Группа ученых под руководством нейробиолога Олафа Спорнса обнаружила, что в мозге содержатся хабы с большим количеством связей, образующих сети тесного мира. Эти хабы соединены с различными участками мозга, которые также образуют очень тесные и многочисленные связи между собой. Такую организацию называют структурой элитных клубов: хабы с большим количеством связей преимущественно соединяются между собой. Экспериментируя с повреждениями в различных участках мозга, эти ученые установили, что повреждения, затрагивающие соединения из элитных клубов, вредят эффективности коммуникации приблизительно в три раза больше, чем повреждения в любых других местах.

Структуры тесного мира включают в себя как локальные области мозга с высокой степенью связей (известные как кластеры), так и другие области, расположенные на некотором расстоянии друг от друга. С этой точки зрения они следуют правилам, которые мало чем отличаются от правил, действующих для упомянутой ранее нематоды Caenorhabditis elegans. По некоторым оценкам, максимальное количество степеней разделения между различными участками мозга даже не доходит до шести – чаще всего речь идет о двух или трех: по-видимому, каждый участок может соединяться с любым другим участком мозга либо напрямую, либо проходя через еще один или два других участка.

В обычном мозге структура тесного мира представляет собой систему, облегчающую обработку информации на местном уровне в его кластерах, но она также способствует интеграции этой информации между удаленными участками благодаря отдельным дальним связям. За эту разветвленную сеть приходится дорого платить: она предполагает большую точность при настройке в ходе развития мозга, а впоследствии ее функционирование требует огромных энергетических затрат.