1982 tilldelades Nobelpriset i fysik till Ken Wilson för hans bidrag till att förstå vad som händer i vissa material när de genomgår en fasövergång – som övergången mellan flytande vatten och ånga. För vissa typer av fasövergångar visar det sig att fysikens styrande lagar överensstämmer med en mycket speciell, fraktal symmetri. Det vill säga, de fysiska lagarna är desamma oavsett om de betraktas i små eller stora skalor. Konsekvenserna av denna udda skalförändringssymmetri är djupgående. Det visar sig att ganska olika system-inte bara vatten-uppvisar samma, universella beteende så länge de överensstämde med samma skalförändringssymmetri.

Vad har denna grundläggande fysik med hjärnan att göra? Spola framåt ett par decennier, och forskare fann att hjärnaktivitet i hjärnbarken uppvisar några av samma funktioner som de fysiska system som Wilson studerat. Hjärnbarken kan också genomgå en fasövergång. Detta är inte att säga att hjärnan kan förångas eller frysa. Hjärnans aktivitet kan snarare genomgå en övergång från ordnad sortering till en mer oordningssort. Denna övergång verkar dela många likheter med dem som studerats i stor omfattning i fysiska system, men fram till helt nyligen hade den mest grundläggande frågan inte tagits upp. Skalförändringssymmetrin som studerats av Wilson och andra hade inte studerats i samband med hjärnans dynamik.

Forskare vid Institutionen för fysik vid University of Arkansas som samarbetar med neurobiologer från Imperial College London har nu gjort detta. Vidit Agrawal, en doktorand vid U of A och kollegor har direkt visat att de dynamiska reglerna för hjärnbarkens aktivitet under vissa omständigheter kan överensstämma med skalförändringssymmetri. De analyserade experimentella mätningar från mus cortex och beräkningsmodeller av neurala nätverk. Beräkningsmodellerna bekräftade att skalförändringssymmetri endast sker nära en typ av neural fasövergång. Experimentella data visade att när en mus vaknar av anestesi, är hjärnans dynamik närmar sig skalförändringssymmetri. Arbetet tyder på att hjärnbarken i vaken tillstånd styrs av lagar som är desamma i olika skalor.