Возможно, вы не знаете, что исследование, проведенное EPFL в Лозанне, Швейцария (опубликованное некоторое время назад на Границы вычислительной нейробиологии) показали, что структуры человеческого мозга работают до 11 измерений.
«Мы обнаружили многомерный мир, который никогда не могли себе представить», — объясняет нейробиолог. Генри Маркрам, директор проекта Blue Brain Project (который проводил исследование) и профессор EPFL.
Многомерная вселенная внутри мозга
Изображения стремятся передать нечто за пределами воображения: царство многомерных структур и мест. Слева — цифровая копия части неокортекса, самой развитой области мозга. Формы от 1 до 7 измерений и выше. «Черная дыра» в центре символизирует комплекс многомерных пространств или полостей.
В ходе исследования ученые обнаружили, что сети нейронов, содержащиеся в таких полостях, обеспечивают недостающее звено между нервной структурой и функцией.
«Таких объектов существуют сотни миллионов, даже в небольшом участке мозга, вплоть до семи измерений. В некоторых сетях мы обнаружили структуры, имеющие до одиннадцати измерений», — сказал Маркрам.
Математики было недостаточно
Традиционные математические взгляды, согласно этим исследованиям человеческого мозга, неустойчивы и неэффективны. «Математика, обычно применяемая к сетевым исследованиям, не может обнаружить многомерную структуру, которую мы сейчас 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 e Ран Леви из Абердинского университета.
«Алгебраическая топология подобна телескопу и микроскопу одновременно. Он может увеличивать масштаб сетей, чтобы выявить ранее необнаружимые структуры. Короче говоря, в метафорическом лесу можно увидеть и деревья, и пустые места (полянки)», — добавил профессор Хесс.
Многомерный человеческий мозг может создавать структуры до 11 измерений
Ученые обнаружили, что структуры мозга создаются, когда группа нейронов – клеток, передающих сигналы в мозге, – образует нечто, называемое клика. Каждый нейрон уникальным образом связан с каждым другим нейроном в группе, создавая новый объект. Чем больше нейронов в клике, тем больше «размер» объекта.
Ученым удалось построить виртуальный мозг с помощью компьютеров, а затем смоделировать его структуры с помощью алгебраической топографии. Затем они провели эксперименты на реальной ткани мозга, чтобы подтвердить выводы. Исследователи обнаружили полости между кликами, добавив стимулы в виртуальный мозг.
«Появление каждой многомерной полости, когда мозг обрабатывает информацию, означает, что нейроны в сети реагируют на стимулы чрезвычайно организованным образом», — объяснил Леви.
Это как если бы мозг реагирует на стимул, строя, а затем разрушая башню из многомерных блоков, начиная с стержней (1D), затем досок (2D), затем кубиков (3D), а затем более сложной геометрии с 4D, 5D и т. д. . Развитие активности в мозге 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 мощный толчок исследованиям функционирования мозга. Covid замедлил некоторые из них, но вопросы о «многомерном» мозге все еще остаются открытыми. Ученые заявили, что пока неясно, например, как формируются клики и полости столь специфическим образом.
Новые исследования (также под руководством все более эффективного искусственного интеллекта) смогут помочь ученым разгадать эту тайну и тех, кого она с собой несет. Например, одна из величайших загадок нейробиологии: где мозг «хранит» свои воспоминания. «Может быть, прямо в многомерной полости», — заключает Маркрам.
