Kolik dimenzí je v našem mozku

Kolik dimenzí je v našem mozku
Kolik dimenzí je v našem mozku
Anonim

Neurovědci použili klasickou matematiku k nahlédnutí do struktury našeho mozku. Zjistili, že je plný vícerozměrných geometrických tvarů pracujících v 11 rozměrech!

V roce 2019 provedla švýcarská výzkumná skupina Blue Brain úžasnou věc - kompletně předělala lidský mozek na základě superpočítače. Za tímto účelem vytvořili vědci speciální model využívající algebraickou topologii - obor matematiky, který popisuje vlastnosti objektů a prostor bez ohledu na změnu jejich tvaru.

Skupiny neuronů jsou spojeny „kliknutím“a počet neuronů v klice závisí na jeho velikosti jako vícerozměrného geometrického objektu (mluvíme o matematickém, nikoli časoprostorovém konceptu měření - to je důležité).

"Našli jsme svět, o kterém se nám ani nesnilo," řekl vedoucí výzkumník, neurolog Henry Markram z institutu EPFL ve Švýcarsku. - I v nejmenší části mozku jsou desítky milionů takových předmětů a jejich rozměr se pohybuje až v sedmi dimenzích. V některých sítích jsme dokonce našli struktury až o 11 dimenzích. “

Nemluvíme o prostorových dimenzích (ty a já například vnímáme Vesmír pouze ve třech prostorových dimenzích + jedné časové). Vědci místo toho zaznamenávají, do jaké míry jsou neurony navzájem propojeny. Odkazové uzly jsou „klikání“. Čím více jich je, tím vyšší je dimenze.

Podle neurologů je náš mozek tvořen 86 miliardami neuronů, které spolu úzce souvisí. Tvoří obrovskou buněčnou síť, která nám nějakým způsobem dává schopnost aktivně myslet a vědomě jednat. Vzhledem k obrovskému množství spojení, která tato složitá struktura obsahuje, není divu, že vědci stále nemají jasné pochopení toho, jak to všechno funguje.

Matematický rámec vyvinutý švýcarskými vědci nás však přibližuje o krok blíže ke dni, kdy bude mozek zcela digitalizován.

K provedení testů tým použil podrobný model neokortexu, který projekt Blue Brain Project zveřejnil v roce 2015. Neokortex je považován za část našeho mozku, která je zapojena do některých funkcí vyššího řádu, jako je poznání a smyslové vnímání.

Po vývoji matematické struktury a testování na některých virtuálních podnětech tým také potvrdil své výsledky na skutečné mozkové tkáni u potkanů.

Podle vědců algebraická topologie poskytuje matematické nástroje pro rozpoznávání detailů neurální sítě jak v režimu zblízka na úrovni jednotlivých neuronů, tak v širším měřítku i o struktuře mozku jako celku. Spojením těchto dvou úrovní mohli vědci rozlišit vícerozměrné geometrické struktury v mozku, tvořené sbírkami úzce souvisejících neuronů (kliknutí) a prázdných prostorů (dutin) mezi nimi.

"Našli jsme překvapivě velký počet a rozmanitost kliknutí a velkých dutin, které dříve nebyly nalezeny v neurálních sítích, ani biologických, ani umělých." Algebraická topologie je jako dalekohled a mikroskop současně, “vysvětlila jedna z členů týmu, matematička Catherine Hessová z EPFL. - Pomáhá vám dostat se blíže k sítím, najít skryté struktury a zároveň vidět prázdná místa. Je to jako hledat stromy a louky v jednom lese. “

Tyto mezery neboli „dutiny“se zdají být kritické pro fungování mozku. Když vědci stimulovali virtuální mozkovou tkáň, viděli, že neurony na ni reagují vysoce organizovaným způsobem.

"Jako by mozek reagoval na podnět stavbou a poté zničením věže vícerozměrných bloků, počínaje tyčemi (1D), poté prkny (2D), poté kostkami (3D) a poté složitějšími geometriemi - 4D, 5D atd." - vysvětluje matematik Ran Levy z University of Aberdeen ve Skotsku. „Rozvoj aktivity v mozku je jako vícedimenzionální hrad z písku, který se zhmotní z písku a poté se rozpadne.“

Výsledky práce poskytly světu ohromující a svěží obraz o tom, jak mozek zpracovává informace. Vědci však poznamenávají, že dosud nepřišli na důvod, proč se kliky a dutiny vytvářejí velmi specifickými způsoby. Bude zapotřebí více práce, abychom zjistili, jak složitost těchto vícerozměrných geometrických tvarů vytvořených našimi neurony souvisí se složitostí různých kognitivních úkolů.

Doporučuje: