В човешкия мозък се намират структури, съществуващи в 11 измерения

Швейцарската изследователска група Blue Brain си е поставила за цел нетривиална задача - напълно да реконструира човешкия мозък на базата на суперкомпютър. За това учените създадоха специален модел, прибягвайки до алгебраична топология - раздел от математиката, който описва свойствата на обектите и пространствата, независимо от промените във формата им. Те откриха, че групите неврони са свързани в „клики“ и че броят на невроните в една клика зависи от нейния размер като многоизмерен геометричен обект (говорим за математическа, а не за пространствено-времева концепция за измерване - това е важно).

„Намерихме свят, за който никога не сме мечтали“, казва водещият изследовател, невролог Хенри Маркрам от института EPFL в Швейцария. „Дори и в най-малката част на мозъка има десетки милиони подобни обекти и тяхното измерение варира до седем измерения. В някои мрежи дори открихме структури с до 11 измерения. “

За тези, които не разбират, обясняваме: не говорим за пространствени измерения (например, ние възприемаме Вселената само в три пространствени измерения + едно временно). Вместо това изследователите отбелязват степента, в която невроните комуникират помежду си. Нодалните точки на комуникация са „кликвания“. Колкото повече от тях, толкова по-голямо измерение.

Според невролозите мозъкът ни се състои от 86 000 000 000 неврона, които са тясно свързани помежду си. Те образуват обширна клетъчна мрежа, която по някакъв начин ни дава способността за активен мисловен процес и съзнателна дейност. Предвид огромния обем връзки, които тази сложна структура съдържа, не е изненадващо, че учените все още нямат ясно разбиране за това как работи.

В морския сафари парк се засели лигре

Въпреки това математическата основа, разработена от швейцарски учени, ни отвежда с една крачка по-близо до деня, когато мозъкът е напълно дигитализиран.

За да извърши тестовете, екипът използва подробен модел на неокортекса, който проектът „Син мозък“ публикува през 2015 г. Смята се, че неокортексът е част от нашия мозък, който участва в някои от функциите на по-висок ред, като познание и сетивно възприятие.

След като разработи математическата структура и я тества върху някои виртуални стимули, екипът също потвърди резултатите си върху реалната мозъчна тъкан при плъхове.

Според изследователите алгебраичната топология предоставя математически инструменти за разпознаване на детайли от невронна мрежа както в режим на близък план, на ниво отделни неврони, така и в по-широк мащаб на мозъчната структура като цяло. Чрез комбиниране на тези две нива изследователите биха могли да разграничат многоизмерните геометрични структури на мозъка, образувани от набори от тясно свързани неврони (щраквания) и празни пространства (кухини) между тях.

„Открихме изненадващо голям брой и разнообразие от кликове и големи кухини, които преди не са били в невронни мрежи, нито биологични, нито изкуствени“, пише екипът в ново проучване. „Алгебраичната топология е като телескоп и микроскоп едновременно“, обясни една от членовете на екипа, математикът Катрин Хес от EPFL. „Той помага да се доближите до мрежите, за да намерите скрити структури и в същото време да видите празни пространства. Това е като да се търсят дървета и поляни в една гора “, каза той.

Тези пропуски или "кухини" изглеждат критични за работата на мозъка. Когато изследователите стимулираха виртуалната мозъчна тъкан, те видяха, че невроните реагират на нея по високо организиран начин.

„Сякаш мозъкът реагира на стимула, като изгражда и след това унищожава кула от многоизмерни блокове, като се започне от пръчки (1D), след това дъски (2D), след това кубчета (3D) и след това по-сложни геометрии - 4D, 5D и т.н. ", Обяснява математикът Ран Леви от университета в Абърдийн в Шотландия. „Развитието на активността през мозъка прилича на многоизмерен пясъчен замък, който се материализира от пясък и след това се разпада.“

Резултатите от работата представиха на света невероятна и свежа картина за това как мозъкът обработва информация. Изследователите обаче отбелязват, че все още не са разбрали причината, поради която кликите и кухините се формират по много специфични начини. Ще бъде необходима допълнителна работа, за да се определи как сложността на тези многоизмерни геометрични фигури, образувани от нашите неврони, корелира със сложността на различни познавателни задачи.

Харесва ли ви статията?

Най-интересните новини от света на науката: свежи открития, снимки и невероятни факти във вашата поща. добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Какво ускорение до 100 км / ч може да издържи човек?
2019
Сърдечни електротехници: как пейсмейкърите помагат на сърцето ви
2019
8 ирански коли: не само Саманд
2019