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Un problème en suspens dans les neurosciences cognitives concerne la façon dont le cerveau est organisé dans différentes conditions. Par exemple, pendant l'état de repos, le cerveau peut être regroupé en réseaux fiables et reproductibles (par exemple, réseaux sensoriels, par défaut, exécutifs). Fait intéressant, les mêmes réseaux émergent pendant les conditions actives en réponse à diverses tâches. Si des modèles similaires d'activité neuronale ont été trouvés dans diverses conditions, et donc, différents processus sous-jacents et expériences de l'environnement, le cerveau est-il organisé par un principe organisationnel fondamental ? Pour tester cela, nous avons appliqué des formalismes mathématiques empruntés aux mécanismes quantiques pour modéliser les données de l'électroencéphalogramme (EEG). Nous avons découvert une tendance à ce que les signaux EEG soient localisés dans les régions antérieures du cerveau pendant le « repos » et distribués plus uniformément lorsqu'ils sont engagés dans une tâche (c'est-à-dire regarder un film). De plus, nous avons trouvé des valeurs analogues au principe d'incertitude de Heisenberg, suggérant une architecture sous-jacente commune de l'activité cérébrale humaine dans des conditions de repos et de tâche. Cette architecture sous-jacente se manifeste dans la nouvelle constante $K_{brain}$ , qui est extrait de l'état du cerveau avec le moins d'incertitude. Nous voudrions déclarer que nous utilisons les mathématiques de la mécanique quantique, mais sans prétendre que le cerveau se comporte comme un objet quantique.

An outstanding issue in cognitive neuroscience concerns how the brain is organized across different conditions. For instance, during the resting-state condition, the brain can be clustered into reliable and reproducible networks (e.g., sensory, default, executive networks). Interestingly, the same networks emerge during active conditions in response to various tasks. If similar patterns of neural activity have been found across diverse conditions, and therefore, different underlying processes and experiences of the environment, is the brain organized by a fundamental organizational principle? To test this, we applied mathematical formalisms borrowed from quantum mechanisms to model electroencephalogram (EEG) data. We uncovered a tendency for EEG signals to be localized in anterior regions of the brain during “rest”, and more uniformly distributed while engaged in a task (i.e., watching a movie). Moreover, we found analogous values to the Heisenberg uncertainty principle, suggesting a common underlying architecture of human brain activity in resting and task conditions. This underlying architecture manifests itself in the novel constant $K_{brain}$ , which is extracted from the brain state with the least uncertainty. We would like to state that we are using the mathematics of quantum mechanics, but not claiming that the brain behaves as a quantum object.

Subject terms: Computational science, Quantum mechanics

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+Un problème en suspens dans les neurosciences cognitives concerne la façon dont le cerveau est organisé dans différentes conditions. Par exemple, pendant l'état de repos, le cerveau peut être regroupé en réseaux fiables et reproductibles (par exemple, réseaux sensoriels, par défaut, exécutifs). Fait intéressant, les mêmes réseaux émergent pendant les conditions actives en réponse à diverses tâches. Si des modèles similaires d'activité neuronale ont été trouvés dans diverses conditions, et donc, différents processus sous-jacents et expériences de l'environnement, le cerveau est-il organisé par un principe organisationnel fondamental ? Pour tester cela, nous avons appliqué des formalismes mathématiques empruntés aux mécanismes quantiques pour modéliser les données de l'électroencéphalogramme (EEG). Nous avons découvert une tendance à ce que les signaux EEG soient localisés dans les régions antérieures du cerveau pendant le « repos » et distribués plus uniformément lorsqu'ils sont engagés dans une tâche (c'est-à-dire regarder un film). De plus, nous avons trouvé des valeurs analogues au principe d'incertitude de Heisenberg, suggérant une architecture sous-jacente commune de l'activité cérébrale humaine dans des conditions de repos et de tâche. Cette architecture sous-jacente se manifeste dans la nouvelle constante<math>K_{brain}</math>, qui est extrait de l'état du cerveau avec le moins d'incertitude. Nous voudrions déclarer que nous utilisons les mathématiques de la mécanique quantique, mais sans prétendre que le cerveau se comporte comme un objet quantique.
 An outstanding issue in cognitive neuroscience concerns how the brain is organized across different conditions. For instance, during the resting-state condition, the brain can be clustered into reliable and reproducible networks (e.g., sensory, default, executive networks). Interestingly, the same networks emerge during active conditions in response to various tasks. If similar patterns of neural activity have been found across diverse conditions, and therefore, different underlying processes and experiences of the environment, is the brain organized by a fundamental organizational principle? To test this, we applied mathematical formalisms borrowed from quantum mechanisms to model electroencephalogram (EEG) data. We uncovered a tendency for EEG signals to be localized in anterior regions of the brain during “rest”, and more uniformly distributed while engaged in a task (i.e., watching a movie). Moreover, we found analogous values to the Heisenberg uncertainty principle, suggesting a common underlying architecture of human brain activity in resting and task conditions. This underlying architecture manifests itself in the novel constant <math>K_{brain}</math>, which is extracted from the brain state with the least uncertainty. We would like to state that we are using the mathematics of quantum mechanics, but not claiming that the brain behaves as a quantum object.