Hoeveel dimensies is daar in ons brein

Hoeveel dimensies is daar in ons brein
Hoeveel dimensies is daar in ons brein
Anonim

Neurowetenskaplikes het klassieke wiskunde gebruik om na die struktuur van ons brein te kyk. Hulle het gevind dat dit vol multidimensionele meetkundige vorms is wat in 11 dimensies werk!

In 2019 het die Switserse navorsingsgroep Blue Brain 'n wonderlike ding gedoen - die menslike brein volledig opgeknap op grond van 'n superrekenaar. Hiervoor het wetenskaplikes 'n spesiale model geskep met behulp van algebraïese topologie - 'n tak van wiskunde wat die eienskappe van voorwerpe en ruimtes beskryf, ongeag die verandering in hul vorm.

Groepe neurone word met 'klik' verbind, en dat die aantal neurone in 'n kliek afhang van die grootte daarvan as 'n multidimensionele meetkundige voorwerp (ons praat van 'n wiskundige, nie 'n ruimte -tyd -konsep van meting nie - dit is belangrik).

"Ons het 'n wêreld gevind waarvan ons nooit gedroom het nie," het hoofnavorser, neurowetenskaplike Henry Markram van die EPFL Institute in Switserland gesê. - Selfs in die kleinste deel van die brein is daar tientalle miljoene sulke voorwerpe en hul afmetings wissel tot sewe dimensies. In sommige netwerke het ons selfs strukture gevind met tot 11 dimensies."

Ons praat nie van ruimtelike dimensies nie (ek en u sien die heelal byvoorbeeld slegs in drie ruimtelike dimensies + een tydelike). Navorsers neem eerder kennis van die mate waarin neurone met mekaar verbind is. Skakelknope is 'klik'. Hoe meer daar is, hoe hoër is die dimensie.

Volgens neurowetenskaplikes bestaan ons brein uit 86 biljoen neurone, nou verwant aan mekaar. Hulle vorm 'n groot netwerk, wat ons op een of ander manier die vermoë gee om aktief te dink en op te tree. Gegewe die enorme hoeveelheid verbindings wat hierdie komplekse struktuur bevat, is dit nie verbasend dat wetenskaplikes nog steeds nie 'n duidelike begrip het van hoe dit alles werk nie.

Die wiskundige raamwerk wat deur Switserse wetenskaplikes ontwikkel is, bring ons egter 'n stap nader aan die dag waarop die brein heeltemal gedigitaliseer sal word.

Om die toetse uit te voer, het die span 'n gedetailleerde neocortex -model gebruik wat die Blue Brain Project in 2015 gepubliseer het. Daar word geglo dat die neokorteks die deel van ons brein is wat betrokke is by sommige van die hoër-orde funksies, soos kognisie en sensoriese persepsie.

Nadat die wiskundige struktuur ontwikkel is en dit op 'n paar virtuele prikkels getoets het, het die span ook hul resultate op die regte breinweefsel by rotte bevestig.

Volgens die navorsers bied algebraïese topologie wiskundige hulpmiddels vir die herkenning van die besonderhede van 'n neurale netwerk, beide in die close-up-modus op die vlak van individuele neurone en, op 'n groter skaal, van die struktuur van die brein as 'n geheel. Deur hierdie twee vlakke te verbind, kon die navorsers multidimensionele geometriese strukture in die brein onderskei, gevorm deur versamelings van nouverwante neurone (klik) en leë ruimtes (holtes) tussen hulle.

'Ons het 'n verbasend groot aantal klieke en groot holtes gevind wat nie voorheen in neurale netwerke gevind is nie, nie biologies of kunsmatig nie. Algebraïese topologie is op dieselfde tyd soos 'n teleskoop en 'n mikroskoop, 'verduidelik een van die spanlede, wiskundige Catherine Hess van EPFL. - Dit help u om nader aan netwerke te kom om verborge strukture te vind en terselfdertyd leë ruimtes te sien. Dit is soos om bome en wei in 'n enkele bos te soek."

Hierdie gapings, of 'holtes', blyk kritiek te wees vir die werking van die brein. Toe die navorsers virtuele breinweefsel stimuleer, het hulle gesien dat neurone op 'n baie georganiseerde manier daarop reageer.

'Dit is asof die brein op die stimulus gereageer het deur 'n toring multidimensionele blokke te bou en te vernietig, begin met stawe (1D), dan planke (2D), dan blokkies (3D) en dan meer komplekse geometrieë - 4D, 5D, ens. - verduidelik die wiskundige Ran Levy van die Universiteit van Aberdeen in Skotland. "Die ontwikkeling van aktiwiteit deur die brein is soos 'n veeldimensionele sandkasteel wat uit die sand materialiseer en dan ontbind."

Die resultate van die werk het die wêreld 'n pragtige en vars beeld gegee van hoe die brein inligting verwerk. Die navorsers merk egter op dat hulle nog nie die rede agtergekom het waarom klieke en holtes op baie spesifieke maniere gevorm word nie. Meer werk sal nodig wees om te bepaal hoe die kompleksiteit van hierdie multidimensionele meetkundige vorms wat deur ons neurone gevorm word, verband hou met die kompleksiteit van verskillende kognitiewe take.

Aanbeveel: