“一次偶然,听到学医的同学说,神经细胞电活动轻度的同步是正常的,可能是脑电节律的起源。但是强烈的同步是坏的,是一种疾病。于是我就进行了模拟,后来我真的发现模拟中有类似轻度同步的现象”,陕西师范大学副教授王圣军高兴地说。这是王圣军在研究非线性振子集体行为时,用计算机模拟了一种神经细胞电活动的模型而得出的结论。
物理学在生活中被广泛运用,他却让物理学研究变得更有趣、更有意义。根据实验得出的结论,王圣军分析了系统的特性,找到了以上现象出现的条件,并且利用非线性动力学的知识,提出了“spikedeath(放电熄灭)”的机制。振子可以趋向于同步,但是达到轻度同步以后,相互之间的信号可以引起一些振子的振荡暂停,从而打乱趋于同步的步调。这个机制自动的限制了集体行为不会进入强烈同步。最后表明在噪声存在的情况下这种机制依然可以存在。
还有一件事也很有意思,王圣军在博士后研究期间,发表了一篇论文,是研究神经网络模型中临界态的。他的模型研究把原来处于兴奋性和抑制性平衡的系统改变到了临界态。临界态使得系统具有了很好的特性。临界态是在统计力学中为人熟知的一种特殊的态,复杂性最高,对于刺激是敏感的,可以形成部分与部分之间的关联,并且是可以变动的关联。这个有意义的理论研究,使他的论文顺利发表,3年内被引用30多次。
2012年,他又研究了神经网络达到临界态的难易问题,并分析了层级模块化结构的作用,得出了一个关于临界点的理论,这个理论缩小了临界态的统计理论与复杂体系之间的差距,最终成为期刊的年度研究亮点之一。2015年,他又研究重新连接的无标度网络,该研究带来了对过去分析结果的新认识,并且解决了以前文献中结果不一致的问题。就像一个一个有趣的物理题终于得到了答案一样,王圣军不断向前走着,一点也不觉得枯燥。
近期,王圣军的最新研究成果也出来了。他提出,小尺寸的自组织临界态系统可以表现出振荡行为。这是一种包含随机性的振荡行为,在频谱上包含了噪声背景。利用自组织临界态基本的物理模型,解释了这种行为的机制。他的理论解释与模拟相符,于是便提出了这种随机振荡行为与大脑中的节律行为的一致性。这项研究为理解大脑的节律行为提供了新的物理原理。
科学有时候是枯燥的,但是在科研人员眼中是不是就像玩魔方一样有趣呢!基础研究是多么难的事情,王圣军因热爱物理学,所以投身物理研究领域,让人们看到了物理学研究的新知识,有了对物理学领域研究的新见解。他的不懈努力也让他在这个领域取得了相应的成果,共发表SCI论文25篇,其中PhysicalRe-viewLetters1篇(第一作者),作为第一作者或通讯作者发表ScientificRe-ports2篇等。
(郝 双)