Возможно, вы не знаете, что исследование EPFL из Лозанны, Швейцария (опубликованное в течение некоторого времени на Границы вычислительной нейробиологии) показали, что структуры человеческого мозга работают до 11 измерений.
«Мы обнаружили многомерный мир, который даже представить себе не могли», — объясняет нейробиолог. Генри Маркрам, директор проекта Blue Brain Project (который проводил исследование) и профессор EPFL.
Многомерная вселенная внутри мозга
Изображения пытаются передать нечто за пределами воображения: царство многомерных структур и мест. Слева — цифровая копия части неокортекса, наиболее развитой области мозга. Формы от 1 до 7 измерений и выше. «Черная дыра» в центре символизирует комплекс многомерных пространств или полостей.
В ходе исследования исследователи обнаружили, что сети нейронов, содержащиеся в этих полостях, обеспечивают недостающее звено между нейронной структурой и функцией.
«Есть сотни миллионов этих объектов, даже в небольшом месте в мозгу, вплоть до семи измерений. Мы обнаружили в некоторых сетях структуры до одиннадцати измерений», — сказал Маркрам.
Математики было недостаточно
Традиционные математические взгляды, согласно этим исследованиям человеческого мозга, несостоятельны и неэффективны. «Математика, обычно применяемая для изучения сетей, не может обнаружить многомерную структуру, которую мы теперь ясно видим», — сказал Маркрам.
Вместо этого ученые решили использовать алгебраическую топологию. Это раздел математики, который использует инструменты абстрактной алгебры для изучения топологических пространств. В исследовании ученым из Blue Brain Project помогали математики Кэтрин Хесс EPFL и Ран Леви из Абердинского университета.
«Алгебраическая топология подобна телескопу и микроскопу одновременно. Он может увеличивать сети, чтобы выявить ранее не обнаруживаемые структуры. Короче говоря, в метафорическом лесу он может видеть и деревья, и пустые места (поляны)», — добавил профессор Гесс.
Многомерный человеческий мозг может создавать структуры до 11 измерений
Ученые обнаружили, что структуры мозга создаются, когда группа нейронов — клеток, передающих сигналы в мозг, — образует нечто, называемое клика. Каждый нейрон уникальным образом связан с каждым другим нейроном в группе, создавая новый объект. Чем больше нейронов в клике, чем больше "размер" объекта.
Ученые смогли построить виртуальный мозг с помощью компьютеров, а затем смоделировать его структуру с помощью алгебраической топографии. Позже они провели эксперименты на настоящей ткани мозга, чтобы подтвердить результаты. Исследователи обнаружили полости между кликами, добавляя стимулы к виртуальному мозгу.
«Появление каждой многомерной полости по мере того, как мозг обрабатывает информацию, означает, что нейроны в сети реагируют на стимулы высокоорганизованным образом», — объяснил Леви.
Это как если бы мозг реагировал на стимул, строя, а затем разрушая башню из многомерных блоков, начиная со стержней (1D), затем таблиц (2D), затем кубов (3D), а затем более сложной геометрии с 4D, 5D, и т.п. Прохождение активности через мозг напоминает многомерный замок из песка, который материализуется из песка, а затем распадается.
Ран Леви , Абердинский университет.
Новые данные о человеческом мозге предлагают беспрецедентное понимание того, как человеческий мозг обрабатывает информацию.
Где мы сегодня?
Эпохальное открытие дало сильный толчок исследованиям функционирования мозга. Covid несколько замедлил развитие, но вопросы о «многомерном» мозге все еще остаются открытыми. Ученые заявили, что до сих пор неясно, например, как формируются клики и полости весьма специфическими способами.
Новые исследования (также под руководством все более эффективного искусственного интеллекта) помогут ученым разгадать эту тайну и в то же время то, что она несет с собой. Например, одна из величайших загадок нейронауки: где мозг «хранит» свои воспоминания. «Возможно, прямо в многомерной полости», — заключает Маркрам.
