Мозъкът работи в множество измерения

Геометрията на мозъчните невронни мрежи се простира в множество измерения.

За да опишат структурите в човешкия мозък, невробиолози от Швейцария намират интересно приложение на класическата математика. Те откриват, че мозъкът е изграден от многоизмерни геометрични структури, които могат да бъдат разгърнати в до 11 различни измерения. Изследването е направено от екип на Blue Brain Project, швейцарска инициативна група, отдадена в целта да разгадае тайните на човешкия мозък.

В своите изследвания, учените от Blue Brain Project използват супер-компютри за да симулират структурите и работата на мозъка. Служат си с алгебрична топология, раздел в математиката използван за описване на свойствата и зависимостите на геометричните форми. Така отриват, че отделни неврони се свързват в характерни групички, които могат да се разглеждат като многоизмерни геометрични обекти.

“Открихме свят, който никой не си е представял,“ споделя вълнението си водещия на изследването, Хенри Маркъм, от института EPFL в Швейцария. „Дори в най-малката част от мозъка, съществуват десетки милиони различни обекти, които най-често са свързани през 7 измерения, а в някои невронни мрежи открихме структури, които са разгърнати в до 11 измерения.“

Човешкият мозък има приблизително 86 милиарда неврони, чиито множество връзки оформят сложни и обширни невронни мрежи, и те някак си ни позволяват да бъдем съзнателни и да мислим. С такъв огромен набор от възможни връзки, не е изненадващо, че не сме успели да разберем как работят невронните мрежи в мозъка. Едва сега, новият модел разработен от екипа ни отвежда крачка по-близо до разбирането ни за принципа на работа а мозъка, което в бъдеще ще ни позволи да създадем изцяло дигитален аналог на човешкия мозък.

„Установихме забележително голямо разнообразие от многоизмерни структури и кухини, които не бяха наблюдавани в биологичните или изкуствените невронни мрежи“, се споменава още в доклада.

Алгебричната топология е играе ролята едновременно на телескоп и микроскоп. Този подход позволява на учените да откриват скрити зависимости между малкото и голямото. Откритите структури, групичките и кухините, не са случайни, те са от ключово значение за работата на мозъка. В симулациите, изследователите откриват, че при различни стимули, именно геометрията позволява на невронните мрежи да реагират по характерния начин.

Откритието дава нова гледна точка за начина по който мозъкът обработва информация, но изследователите подчертават, че все още не е ясно кое ръководи процеса за създаването на тази специфична геометрия на тъканта в мозъка. Необходими са още проучвания, за да се определи взаимовръзката между сложността на тези многоизмерни геометрични форми и характеристиките на различните когнитивни процеси.