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.
Оказалось, люди, которые не понимают как функционирует наука, склонны к вере в теории заговора и выступают против вакцинации.
Несмотря на то, что пандемия нового коринавируса длится уже год, огромное количество людей по всему миру продолжает
Климатологи показали, что Гольфстрим замедляется, перенося в Северную Америку и Европу все меньше теплой воды, и продолжает ослабевать.
Остановка теплого морского течения Гольфстрим, как показали результаты нового исследования, може
Комплексное моделирование системы нашей планеты поможет политикам и ученым подготовиться к будущему.
Последние новости, например, о замедлении Атлантического течения Гольфстрим или об айсберге, размером с Санкт-Петербург, который недавно от
Квантовая физика интригует, так как содержит в своей основе некоторую тайну.
Если квантовая теория верна, то от таких квантовых частиц как атомы, можно ожидать очень странного поведения. Но несмотря на хаос, коим может показать
Марсоход Perseverance.
Интересное время, в которое мы живем, становится еще интереснее. Примерно так можно сказать о том, что сейчас происходит в мире. Ракеты летят все выше, исследовательские аппараты улетают все дальше, а на Марс доставл
Перед вами подробная карта 25 000 черных дыр, которые, возможно, пожирают планеты и звезды пока вы читаете эти строки.
Теоретическая возможность существования черных дыр следует из решения в 1915 году Карлом Шварцшильдом некоторых
Некоторые ученые полагают, что существует связь между сознанием и квантовой физикой.
Никто не знает что такое сознание и как оно устроено. Безусловно, у ученых из разных областей науки есть самые разные предположения на этот счет, од
Впервые концепция белого шума была использована инженерами для тестирования аудиооборудования.
Существует несколько распространенных заблуждений относительно того, что представляет собой белый шум. Часто люди думают о нем как о телевизионн
Исследователи, похоже, наконец выяснили,
почему люди отвергают науку. И это не невежество.
Так уж сложилось, что количество фейковых новостей (fake news) в современном мире постоянно растет. Фейк-ньюс это утверждения, не имеющие под
Существует ли связь между депрессией и интеллектом?
Миф о «сумасшедшем гении» знаком практически каждому. Считается, что если не все то многие гениальные люди обязательно расплачиваются за свой талант тем или иным душевным неду
Люди с этим редким заболеванием мозга не могут «считать овец» в уме.
О том, что с бессонницей сталкивались люди во все времена, свидетельствует один из старейших способов уснуть считается, что нужно всего лишь посчитать овец, коров, сви
Как это ни странно, но персонаж Фредди Крюгера сочетает в себе сразу несколько факторов, которые ассоциируются у нас со страхом смерти и отвращеием.
Вряд ли в мире найдется живое существо, которое вообще ничего не боится. Страх встроен в
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
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
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
Болезнь Паркинсона названа в честь автора Эссе о дрожательном параличе Джеймса Паркинсона
Болезнь Паркинсона это одно из самых распространенных нейродегенеративных заболеваний. При нейродегенеративных заболеваниях у человека гибнут
Чтобы мозг стал стеклянным, нужны определенные условия
Примерно 2000 лет назад на территории нынешней Италии произошло ужасное событие извержение вулкана Везувий. Под облаками газов, обломков пород и горячего пепла оказались сраз
Ученые выяснили, что происходит с детьми во время сна
Дети спят гораздо дольше, чем взрослые это общеизвестный факт. Молодым родителям может показаться, что их новорожденный ребенок спит целые сутки. На самом же деле, в первый год жиз
Информационная среда, обладающая
сознанием вымысел или реальность?
Могут ли машины обрести сознание? Популярная культура регулярно рисует человекоподобных роботов, которые обрели сознание или были намеренно им наделены сумасшедшим (или