Работа мозга величайшая загадка науки
Мозг продолжает удивлять нас своей великолепной сложностью. Новаторские исследования, сочетающие нейробиологию с математикой, свидетельствуют о том, что когда мозг обрабатывает информацию, он создает нейронные структуры до 11 измерений. Под «измерениями» ученые подразумевают абстрактные математические пространства, а не другие физические области. Тем не менее, исследователи «нашли мир, который мы себе не представляли», сказал Big Think Генри Маркрам, директор проекта Blue Brain, автор нового открытия.
Цель проекта Blue Brain, который базируется в Швейцарии, заключается в цифровом создании биологически детализированной симуляции человеческого мозга. Создавая цифровой мозг с «беспрецедентным» уровнем биологической информации, ученые стремятся продвинуть наше понимание невероятно сложного устройства человеческого мозга, в котором насчитывается порядка 86 миллиардов нейронов.
Чтобы получить более ясное представление о том, как работает такая огромная сеть для формирования наших мыслей и действий, ученые использовали суперкомпьютеры и особую отрасль математики. Команда основывала свои текущие исследования на цифровой модели неокортекса, которую закончила в 2015 году. Исследователи хотели выяснить, как реагирует этот цифровой неокортекс, используя математическую систему алгебраической топологии. Это позволило им определить, что наш мозг постоянно создает очень сложные многомерные геометрические фигуры и пространства, которые выглядят как «песчаные замки».
Неокортекс или новая кора это самый новый
внешний отдел головного мозга или рациональный мозг. Отвечает за
высшие когнитивные функции (речь, письмо, решение задач), а также
управляет аналитическим и математическим мышлением.
Без использования алгебраической топологии раздела математики, описывающего системы с любым числом измерений, визуализация многомерной сети была бы невозможна. С помощью нового математического подхода исследователи смогли увидеть высокую степень организации в том, что раньше казалось «хаотическими» паттернами нейронов.
Алгебраическая топология подобна телескопу и микроскопу одновременно: она может увеличить масштаб сети, чтобы найти скрытые структуры деревья в лесу и увидеть пустые пространства поляны все в одно и то же время.
Автор исследования Кэтрин Хесс.
В ходе исследования ученые сначала провели тесты на созданной ими виртуальной мозговой ткани, а затем подтвердили результаты, проведя те же эксперименты на реальной мозговой ткани лабораторных крыс. При стимуляции каждый виртуальный нейрон соединяется с другим таким образом, что образуется определенный геометрический объект клика. Большое количество нейронов добавляло больше измерений, количество которых в некоторых случаях доходили до 11. Эти структуры должны были образоваться вокруг высокоразмерной дыры, которую исследователи назвали «полостью». После того, как мозг обработал информацию, клика и полость исчезли.
Слева: цифровая копия части неокортекса, наиболее развитой части мозга. Справа: фигуры различных размеров и геометрий, представляющие собой структуры в диапазоне от 1 измерения до 7 измерений и более. «Черная дыра» в середине символизирует комплекс многомерных пространств полости.
Чтобы всегда быть в курсе последних научных открытий в
области биологии, подписывайтесь на наш новостной канал в
Telegram!
Появление высокоразмерных полостей, когда мозг обрабатывает информацию, означает, что нейроны в сети реагируют на стимулы чрезвычайно организованным образом. Это похоже на то, как если бы мозг реагировал на стимул, строя а затем разрушая башню из многомерных блоков, начиная со стержней (1D), затем досок (2D), затем кубов (3D), а затем более сложных геометрий с 4D, 5D и т. д. Прогрессирующая активность мозга напоминает многомерный замок из песка, который материализуется из песка и затем распадается.
Это открытие позволяет ученым глубже понять «одну из фундаментальных тайн нейробиологии — связь между структурой мозга и тем, как он обрабатывает информацию», — уточнила Кэтрин Хесс в интервью журналу Newsweek.
Вам будет интересно:
Тайны мозга: действительно ли перед смертью нас ждет
эйфория?
Исследователи надеются использовать алгебраическую топографию для изучения роли «нейропластичности», которая представляет собой процесс укрепления и ослабления нейронных связей при стимуляции — ключевой компонент процесса обучения мозга. Они видят дальнейшее применение своих открытий в изучении человеческого интеллекта и формировании памяти. Работа опубликована в журнале Frontiers in Computational Neuroscience.
Недавно ученые раскрыли новые подробности о строителях Стоунхенджа
Стоунхендж один из самых знаменитых археологических памятников в мире. Он распола
Страхи говорят об обострении в социальной сфере и могут привести к массовой истерии
Человек социальное животное. Объединяясь и работая сообща мы може
Паразиты делают людей красивыми, но для чего?
Совсем недавно на нашем сайте вышла статья про паразитов, которые живут внутри 50% населения Земли.
Кажется, в будущем возможности медицины будут безграничными
Если у человека останавливается сердце, его еще можно спасти путем введения адреналина или ис
Летучие мыши ночницы могут притворяться осами и шершнями
Летучих мышей чаще всего люди воспринимают как кровожадных в прямом смысле этого слова ночных монстров, которые
Ученые выяснили, почему подростки перестают слушать своих родителей начиная с 13 лет
Многие родители знают, насколько тяжело бывает находить общ
Коронавирус страшнее, чем кажется, как и его воздействие на мозг
Ученые выяснили, что для обработки информации мозг может использовать волны
Что мы знаем о работе мозга? Его обычно представляют как биологический компьютер, кот
Каждый из нас хочет быть хорошим. Особенно в глазах окружающих.
Каждый из нас кого-то любит и ненавидит, так уж мы устроены. Знаменитое выражение «от любви до
У некоторых людей после коронавируса уменьшается мозг и ухудшаются умственные способности
С приходом штамма Омикрон мир смог выдохнуть спокойно этот вариант вируса
Ученые выяснили как мозг взаимодействует с кишечником
О том, что микрофлора кишечника влияет на мозг, ученые говорят давно. Мы рассказывали
Наркоз действует не только на людей и животных, но и растения
Наркоз, если говорить научным языком это искусственно вызванное состояние торможения
Нейроимплант ELVIS частично вернул обезьяне зрение
По данным Всемирной организации здравоохранения, во
Мини-мозг, который удалось вырастить немецким ученым
Выращивание органов это перспективная технология, которая позволяет людям не ждать донорских частей тела для пересадки в случае серьезных болезней. Благодаря ей, медики могут вырас
Новый взгляд на человеческий мозг показывает его клеточных обитателей во всей их дикой и странной красе. Карта, составленная из крошечного кусочка мозга женщины, показывает различные формы 50 000 клеток и 130 миллионов связей между ними.
В пр
Мозг играет с нами, причем таким образом, что мы сами этого не замечаем.
Как-то раз, выйдя из дома в красной куртке, я попала под дождь. Так произошло и в следующий раз, стоило мне одеться так же и выйти на улицу. Выходит, каждый раз,
Печатать слова можно даже при помощи силы мысли, но массово такая технология станет доступна еще не скоро
Ученые из американского штата Калифорния создали технологию, которая позволяет людям писать текстовые сообщения силой мысли. Он
Каждый из нас хочет быть хорошим. Особенно в глазах окружающих.
Каждый из нас кого-то любит и ненавидит, так уж мы устроены. Знаменитое выражение «от любви до
томография мозга показывает о человеческом поведении, вероятно, основаны на исследованиях, результаты которых не будут подтверждены дальнейшими исследованиями.
Афазия состояние, при котором человек теряет возможность разговаривать
Недавно семья 67-летнего актера Брюса Уиллиса сообщила о его уходе из кино по пр
Ученые до сих пор изучают влияние космоса на организм человека и делают интересные выводы
В ближайшее десятилетие человечество хочет отправиться на Марс,
Эффект плацебо удивительным образом помогает избавиться от боли и депрессивных симптомов
Что вы знаете об эффекте плацебо? Я, например, удивилась когда узнала что слово плацебо появилось еще в Средневековье из-за песен плакальщиков на похорон
Возможно, скоро технология Neuralink будет испытана на людях
В ближайшие годы основанная Илоном Маском в 2016 году компания Neuralink начнет имплантировать в человеческие мозги настоящие чипы. Об этом свидетельствует то, что ком