1982, de Nobelprijs voor natuurkunde werd toegekend aan Ken Wilson voor zijn bijdrage aan het begrijpen van wat er in bepaalde materialen gebeurt als ze een faseovergang ondergaan, zoals de overgang tussen vloeibaar water en stoom. Voor bepaalde soorten faseovergangen, blijkt dat de heersende wetten van de fysica voldoen aan een heel eigenaardige, fractale symmetrie. Dat is, de natuurkundige wetten zijn hetzelfde, of ze nu op kleine schaal of op grote schaal worden beschouwd. De gevolgen van deze vreemde schaalveranderingssymmetrie zijn ingrijpend. Het blijkt dat heel diverse systemen - niet alleen water - hetzelfde, universeel gedrag, zolang ze maar aan dezelfde schaalveranderingssymmetrie voldeden.

Wat heeft deze fundamentele fysica met de hersenen te maken? Een paar decennia vooruitspoelen, en onderzoekers ontdekten dat hersenactiviteit in de hersenschors enkele van dezelfde kenmerken vertoont als de fysieke systemen die door Wilson zijn bestudeerd. Ook de hersenschors kan een faseovergang ondergaan. Dit wil niet zeggen dat de hersenen kunnen verdampen of bevriezen. Liever, de activiteit van de hersenen kan een overgang ondergaan van een ordelijke soort naar een meer wanordelijke soort. Deze overgang lijkt veel overeenkomsten te vertonen met die welke uitgebreid zijn bestudeerd in fysieke systemen, maar tot voor kort was de meest fundamentele vraag niet beantwoord. De schaalveranderingssymmetrie die door Wilson en anderen werd bestudeerd, was niet bestudeerd in de context van hersendynamiek.

Onderzoekers van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Arkansas die samenwerken met neurobiologen van het Imperial College London hebben dit nu gedaan. Vidit Agrawal, een afgestudeerde student aan de U of A, en collega's hebben direct aangetoond dat de dynamische regels die de activiteit van de hersenschors regelen, kunnen, onder bepaalde omstandigheden, voldoen aan de schaalveranderingssymmetrie. Ze analyseerden experimentele metingen van muiscortex en computermodellen van neurale netwerken. De rekenmodellen bevestigden dat schaalveranderingssymmetrie alleen optreedt in de buurt van een type neurale faseovergang. De experimentele gegevens onthulden dat als een muis ontwaakt uit anesthesie, het is de dynamiek van de hersenen die schaalveranderingssymmetrie benadert. Het werk suggereert dat, in de wakkere staat, de hersenschors wordt beheerst door wetten die op verschillende schalen hetzelfde zijn.