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.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кажется, ученые открыли самый простой способ похудеть
По данным Всемирной организации здравоохранения, в период с 1980 по 2008 год количество людей с ожирением увеличилось почти вдвое. Чрезмерное количество жира может стать причиной
Дельта вариант коронавируса заразнее ОРВИ, гриппа и Эболы к такому выводу пришли американские исследователи.
В конце 2019 года мир впервые узнал о существовании коронавируса SARS-CoV-2, вызывающем COVID-19. Уже тогда вирус обладал способ
Анолисовые ящерицы обладают мешочком, который помогает им дышать под водой
По данным The Reptile Database за 2021 год, ученым известно о существовании 7 059 видов ящериц. В основном они известны своей способностью к регенерации в с
Без насекомых наш мир погрузиться в хаос, а человеческая цивилизация исчезнет с лица Земли.
Признаюсь честно я не люблю насекомых. Особенно пауков, да и других не особо жалую, меня даже бабочки временами пугают (вы видели их усики?) Н
Согласно последним исследованиям, рыбий жир способен вызвать смертельное заболевание.
Многие наши читатели, которые застали советские времена, наверняка помнят, как врачи всем детям прописывали рыбий жир прозрачные к
Хроническая боль буквально может свести человека с ума. Рассказываем, как это происходит
Знаете ли вы, что боль бывает разная? Первая разновидность боли называется острой, имеет строго определенный очаг и относител
Результаты нового исследования показали, что COVID-19 приводит к снижению интеллекта (в зависимости от тяжести течения болезни). Похоже, мы становимся все ближе к «Идиократии».
Из всех заболеваний, известных человечеству, самыми стр
COVID и мозг: исследователи сосредоточены на том, как происходит повреждение
Второй год пандемии, думаю, наконец показал всем, насколько страшная и опасная болезнь COVID-19. Это не обычный грипп и даже не новый его штамм и уж тем более не о
Письмо от руки полезно, поэтому оно вряд ли исчезнет из школьной программы
Сегодня мало кто пишет тексты от руки, потому что это легче делать через смартфон или компьютер. Кажется, что скоро рукописные документы вообще исчезнут из на
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
Вопрос о том, почему человек отличается от всех живых существ на Земле, волновал ученых на протяжении столетий.
Что отличает людей от других животных? Это один из тех больших вопросов, которые постоянно задаются любознательной публико
Дайял Каур (Dayal Kaur) в три года приняли в общество Mensa, после того как она прошла тест на IQ. Ее показатель близок к IQ Альберта Эйнштейна.
Историю человечества можно представить себе как сериал-антологию, в каждой сери
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
В мозге обнаружены гены, активность которых повышается после смерти.
Всем нам кажется, что мы осознаем собственную смертность. Но это очередная иллюзия, искусно созданная мозгом. Еще в 2019 году израильские ученые выяснили, что на самом дел
Илон Маск объявил, что компании Neuralink удалось чипировать обезьяну
В 2016 году глава Tesla Илон Маск (Elon Musk) объявил об открыти
Илон Маск и робот-хирург для чипирования людей
Основатель компаний Tesla и SpaceX Илон Маск (Elon Musk) занимается не только раз
Хроническая боль буквально может свести человека с ума. Рассказываем, как это происходит
Знаете ли вы, что боль бывает разная? Первая разновидность боли называется острой, имеет строго определенный очаг и относител
Если коротко, суперстариками называются пожилые люди с феноменальной памятью
С возрастом практически все органы человеческого организма начинают работать хуже. Головной мозг не является исключением связи между его разными отдел
Кадр из клипа Billie Eilish Bad Guy
В английском языке есть одно очень необычное словосочетание ушной червь. Под этим термином принято понимать навязчивую песню, которая надолго оседает в голове человека и тем самым не дает покоя
Одна небольшая хитрость помогает меньше уставать на работе. Возможно, вы про нее уже знаете
Каждый человек хочет быть максимально продуктивным и при этом меньше уставать. Существует много книг о правильном распорядке дня, обретени
Заикание у взрослых может сильно усложнить жизнь
Если верить статистике, около 5% населения нашей планеты страдает от заикания. Чаще всего сложности с произношением слов возникают очень рано, в возрасте от 2 до 7 лет. С возра
От биологических часов зависит не только то, как вы спите
Мало что может быть лучше, чем хороший ночной сон, но многим из нас он дается не так просто, как хотелось бы. Если вы изо всех сил пытаетесь заснуть, часто просыпаетесь в определенное в
