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.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кадр из сериала Клан Сопрано
По данным Всемирной организации здравоохранения, сегодня от депрессии страдают около 264 миллионов человек по всему миру. Симптомы этого распространенного психического расстройства включают в себя по
Мы даже не знаем, что в нашем организме действуют минимум 9 чувств
Зрение, обоняние, слух, осязание и вкус. Это общепринятые пять чувств, которые есть у большинства людей. Без них у нас не было бы ни музыки, ни живописи, ни кулинарных
Самый древний храм в мире мог иметь еще одно предназначение
Северное полушарие Земли было покрыто огромными ледниками, когда группа охотников-собирателей на юге Турции начала строительство сооружения, известного как первый в мире храм. Мес
Появилось предположение, что на Венере может существовать жизнь
На протяжении долгих лет ученые занимаются поиском жизни на Марсе. Но кто знает, может они не там ищут? В 2017 году исследователи из США и Великобритании начали искать
В каких странах люди больше ходят пешком и занимаются спортом? Сейчас выясним
Физическая активность, наряду с правильным питанием, считается одним из главных факторов здорового образа жизни. В ходе многочисленных научных исследовани
Некоторые врачи считают, что гормон сна помогает при коронавирусе
Похоже, в списке потенциальных методов лечения COVID-19, которые предложили исследователи за несколько месяцев пандемии, очередное пополнение: мелатонин. В
Это может показаться удивительным, но практически все околосмертные переживания похожи
Как думаете, как много людей соприкоснулись со смертью и могут рассказать о своем опыте? Оказывается, те, кто хоть ненадолго приблизилися к ней, возвра
Кадр из мультсериала Рик и Морти. Любители черного юмора отзываются о сериале положительно
Возможно, многим это покажется странным, но за любовью к черному юмору на самом деле скрываются довольно интересные мыслительные процессы. Вообще
Сможет ли когда-то человек стать бессмертным за счет цифровых технологий. Я в это не верю. А вы?
В 2016 году младшая дочь Чан Цзи-сена Найон скончалась от заболевания, связанного с кровью. Но в феврале мать воссоединилась со своей
Знание нескольких языков определенно влияет на мозг, но каким образом?
Большинство людей умеют свободно разговаривать только на одном языке, который они выучили в детстве благодаря окружению родителей и прочих родственников. Но в
За последние 20 тысяч лет размер человеческого мозга уменьшался. Но о чем это говорит?
Вероятно, вы этого не знали, но существует несколько теорий о том, почему человеческий мозг становится все меньше начиная с каменного века. Изменения, п
Кадр из культового фильма Стэнли Кубрика «Сияние»
Психопаты способны на самые чудовищные преступления, но зачастую они настолько очаровательны и так умело манипулируют окружающими, что могут годами, а может быть, и всю жизнь прятатьс
Илон Маск и робот-хирург для чипирования людей
Основатель компаний Tesla и SpaceX Илон Маск (Elon Musk) занимается не только раз
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 не
Мы даже не знаем, что в нашем организме действуют минимум 9 чувств
Зрение, обоняние, слух, осязание и вкус. Это общепринятые пять чувств, которые есть у большинства людей. Без них у нас не было бы ни музыки, ни живописи, ни кулинарных
Окситоцин гормон любви
Человеческий организм вырабатывает огромное количество разнообразных гормонов, каждый из которых выполняет свою задачу. Например, многим известные эндорфины приносят людям ощущение радости, а избыток кортиз
В условиях невесомости человеческий организм начинает меняться
Мозг, как и сердце, является одним из главных органов человеческого организма. Он состоит из множества областей, у каждой из которых есть определенные задачи. Взять
Какой цвет кажется вам наиболее приятным?
Кто я такой? Этим вопросом человечество задавалось на протяжении тысячелетий и на него давались самые разные ответы. При этом сегодня все, что вам нужно чтобы получить доступ к новым дорогам самопозн
Только не говорите, что ЭТО вижу только я
В жизни каждого человека возникали ситуации, когда обыкновенный предмет казался очень похожими на человеческое лицо или мордочку животного. Шар для боулинга иногда напоминает голову человек
Даже притворная улыбка способна повлиять на эмоциональное состояние
Некоторые из вас наверняка слышали, что для избавления от плохого настроения достаточно просто улыбнуться. И не важно, искренняя это улыбка или натянутая во мног
