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年轻的奥秘在于复杂性:人体日渐衰老生理过程变简单
2018-09-10 08:37:05  出处:快科技 作者:雪花 编辑:雪花   点击可以复制本篇文章的标题和链接

简单还可能是衰老的标志。年轻的健康和活力在许多方面取决于复杂性。骨骼通过复杂组装起来的结缔组织支架获得力量。敏锐的精神活动来源于相互关联的神经元网络。甚至看起来很简单的身体功能,比如心跳,都依赖于代谢控制、信号通路、基因开关和昼夜节律的相互作用网络。随着我们的身体日渐衰老,这些解剖学结构和生理学过程都会丧失复杂性,使它们的恢复力降低,最终导致虚弱和疾病。

这种过度设计的装置虽然看似非常复杂,但实际上原理很简单:规定的输入总是产生同样的输出。简单性使它的结果很容易预测,同时也使整个系统变得十分脆弱,因为链条中只要有一环出错,整个机械的功能就会被破坏。

我们可以借鉴混沌理论、非线性动力学和统计物理学领域的数学思想来量化生物系统的复杂性,其中之一便是分形的概念。分形是一种不规则的几何对象,其形状遵循一个基本模式:在多个测量尺度上看起来都有自相似的形式。云朵、海岸线、树木、河流、山脉和断层线都是类似分形结构的例子。无论是从飞机上还是在地面上,无论是用放大镜或显微镜观察,它们的外观都基本保持不变。

在身体内部,动脉、神经元、骨骼和支气管都是以类似的方式组织起来的。而且,如果我们在时间而非空间上进行测量,就会发现生理信号(包括心跳和呼吸速率、血压、脑电波和荷尔蒙分泌等)也会出现瞬间波动的分形模式。与你可能预期的相反,这些波动并不遵循常规或周期性的模式,而是表现出一种复杂的变化类型,即所谓的“确定性混沌”。尽管振荡不规则,但它们在几秒钟、几分钟、几小时或几天的观察中看起来是自相似的。

年轻的奥秘在于复杂性:人体日渐衰老生理过程变简单

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