Мозг способен работать в 11 измерениях, выяснили ученые.

Нейробиологи из швейцарской исследовательской группы Blue Brain обнаружили, что человеческий мозг полон полон многомерных геометрических фигур, работающих в 11 измерениях!

Ученые поставили перед собой задачу – полностью реконструировать мозг человека на базе суперкомпьютера, используя классическую математику. Им удалось создать специальную модель с помощью алгебраической топологии — разделу математики, описывающему свойства объектов и пространств независимо от изменения их формы. Как пишут авторы исследования, группы нейронов соединяются в «клики». А количество нейронов в клике зависит от его размера как многомерного геометрического объекта. Ученые уточняют, что речь про математическое, а не пространственно-временное понятие измерения.

«Даже в самой маленькой части мозга существуют десятки миллионов подобных объектов, и размерность их колеблется вплоть до семи измерений. В некоторых сетях мы даже обнаружили структуры с количеством измерений, достигающем 11» – заявил ведущий исследователь, нейробиолог Генри Маркрам из института EPFL в Швейцарии.

По сути, ученым удалось показать, что алгебраическая топология может стать инструментом для распознавания деталей нейронной сети как на уровне отдельных нейронов, так и структуры мозга в целом. Различные уровни при соединении позволяют различить в мозге многомерные геометрические структуры, образованные совокупностями тесно связанных нейронов (кликов) и пустых пространств (полостей) между ними. То есть алгебраическая топология похожа на телескоп и микроскоп одновременно, пишут авторы.

«Мы обнаружили удивительно большое количество и разнообразие кликов и полостей большого размера, которых раньше не было в нейронных сетях, ни биологических, ни искусственных. Он помогает приблизиться к сетям, чтобы найти скрытые структуры и одновременно увидеть пустые пространства. Это похоже на поиск деревьев и полян в едином массиве леса», пояснил один из членов команды, математик Кэтрин Хесс из EPFL

Как оказалось, не только “клики”, но и просветы, или «полости», являются критически важными для работы мозга. Это стало понятно, когда исследователи начали стимулировать виртуальную мозговую ткань.

«Это как если бы мозг реагировал на раздражитель, строя и затем разрушая башню из многомерных блоков, начиная со стержней (1D), затем досок (2D), затем кубов (3D) и затем более сложных геометрий — 4D, 5D, и т. д.», поясняет математик Ран Леви из Университета Абердина в Шотландии – Развитие активности через мозг напоминает многомерный замок из песка, который материализуется из песка и затем распадается».

Поняв как мозг обрабатывает информацию, ученые сделали еще один важный шаг к его полной оцифровке. Но вопросов еще много – например, пока нет понимания, почему клики и полости формируются так, а не иначе. Необходимо выяснить, как многомерные геометрические фигуры, которые образуют нейроны в то время, когда мы думаем, соотносятся со сложностью различных когнитивных задач.

Андрей Горбачев

Комментарии: