Structura multidimensională a creierului uman

De SIGNE DEAN – 13 iunie 2017
De Ivan
Conceptual illustration of brain networks (l) and topology (r), courtesy of Blue Brain Project
Suntem obișnuiți să gândim și să privim Lumea numai dintr-o perspectivă 3-D, ceea ce, uneori, chiar poate părea nițel complicat.
Într-un mod cu totul nou, neurologii au folosit o ramură clasică a matematicii pentru a putea intra în structura creierului uman. Ceea ce ei au descoperit este faptul că creierul conține structuri și forme geometrice ce formează rețele neuronale complexe, de până la 11 nivele sau dimensiuni. Rezultatele acestui nou studiu ar putea reprezenta următorul pas major în înțelegerea structurii creierului uman, cea mai complexă structură a organismului nostru.
Creierul uman este o casă pentru 86 de miliarde de neuroni, fiecare dintre aceștia generând multiple conexiuni ce formează o enormă rețea de celule neuronale care, cumva, ne face capabili de a gândi și a avea o conștiință.” (Science Alert)
Acest super-model de creier, unul virtual, a fost proiectat de o echipă multinațională de cercetători, în cadrul Proiectului Blue Brain (Lausanne, Elveția). Proiectul reprezintă o inițiativă dedicată re-construirii creierului uman cu ajutorul unui supercomputer. Oamenii de știință au folosit un anumit program pentru a genera o modelare în profunzime a tiparelor geometrice pentru a înțelege modul în care celulele creierului uman sunt capabile să se organizeze pentru a îndeplini sarcini complexe. Astfel, s-a reușit să se ajungă la rezultate ce nu au mai fost atinse vreodată în domeniul neurologiei, potrivit studiului publicat în revista Frontiers in Computational Neuroscience.
Echipa de cercetători a utilizat topologia algebrică, ramură a matematicii folosită pentru a descrie proprietățile obiectelor și a spațiilor ocupate de acestea, indiferent de modul în care își schimbă forma. Ecuațiile matematice respective au ajutat cercetătorii să găsească structuri și spații geometrice multidimensionale în rețelele neuronale ce alcătuiesc creierul.
Potrivit cercetătorilor, noul studiu a demonstrat că creierul uman conține structuri și forme ce alcătuiesc până la 11 dimensiuni. În studiu se specifică că aceste structuri iau naștere imediat ce rețelele neuronale formează un „model unitar” care, la rândul său, generează o structură geometrică cu formă precisă (un concept matematic hiper-dimensional, nu unul tridimensional spațiu-timp), fiecare neuron fiind capabil să se conecteze cu cel de lângă el formând o structură cu legături complexe. Ceea ce este interesant este faptul că, cu cât mai mulți neuroni se alătură acestei structuri deja formate cu atât mai multe dimensiuni sunt adăugate rețelei.
Henry Markram, neurolog, Director al Proiectului Blue Brain: „Am descoperit o lume pe care nu ne-am imaginat-o până acum. Chiar și într-o zonă mică a creierului există zeci de milioane de neuroni ce formează o rețea de până la 7 dimensiuni. În alte rețele am găsit și structuri cu până la 11 dimensiuni.”
Folosind topologia algebrică oamenii de știință au putut modela o astfel de structură, în cadrul unui creier virtual generat cu ajutorul computerului. Pentru a efectua testele matematice echipa a folosit un model detaliat al neocortexului, model pe care echipa Blue Brain Project l-a publicat în anul 2015. Neocortexul este considerat a fi cea mai recent dezvoltată parte a creierului nostru, cea care asigură câteva dintre funcțiile de bază ale organismului, cum ar fi percepția senzorială și cunoașterea.
După ce computerul a generat o serie de stimuli în țesutul cerebral virtual echipa a confirmat rezultatele prin teste efectuate pe țesut cerebral real, la șobolani.
Potrivit cercetătorilor, topologia algebrică oferă instrumente matematice ce descriu detaliile rețelei neuronale, atât dintr-o perspectivă apropiată de nivelul neuronilor individuali cât și la o scară mai amplă, a întregii structuri cerebrale. Conectând aceste două nivele, s-a descoperit că s-au format, progresiv, structuri geometrice hiper-dimensionale compuse din rețele neuronale bine structurate, delimitate de spații goale (cavități). Aceste cavități inter-hiper-dimensionale par a fi extrem de importante în funcționarea creierului.
Profesorul Ran Levi, Aberdeen University: „Apariția cavităților inter-hiper-dimensionale atunci când creierul prelucrează informațiile înseamnă că, într-un mod extrem de organizat, neuronii din rețea reacționează la stimuli. Ca și cum, reacționând la un stimul, creierul construiește și apoi demolează un bloc-turn format din piese multidimensionale: se începe cu armătura (1-D), apoi se adaugă cofrajul (2-D), apoi cadrele din beton-armat (3-D), urmând apoi construirea unor structuri geometrice mult mai complexe…4-D, 5-D, etc. Acest tipar-progresie al modului în care funcționează creierul poate fi asemuit cu construirea și demolarea unui castel de nisip, totul la nivele multidimensionale.”
În timp ce formele tridimensionale au lungime, lățime (adâncime) și înălțime, noile rețele descoperite de oamenii de știință în urma recentului studiu nu pot fi percepute în această lume reală tridimensională. Totuși, matematicienii din echipa de cercetători le-au descoperit și descris ca având 5, 6, 7, până la 11 dimensiuni.
Profesorul Cees van Leeuwen, de la KU Leuven, Belgia, a declarat: „Dincolo de fizica clasică, spațiile hiper-dimensionale sunt utilizate frecvent pentru a descrie structuri complexe de date sau condiții de stare ale sistemelor…de exemplu, starea unui sistem dinamic într-un model spațial dat. Modelul spațial reprezintă locul geometric format de uniunea gradelor de libertate ale sistemului, iar starea sa este determinată de valorile atinse de gradele de libertate ale acestuia.”
Acest studiu furnizează o nouă imagine a modului in care creierul procesează informații, însă cercetătorii subliniază faptul că nu este încă foarte clar care anume procese cognitive formează aceste rețele și cavități hiper-dimensionale, structurate într-un model atât de complex.
Va fi nevoie de multă muncă de cercetare pentru a determina modul în care complexitatea acestor forme geometrice multidimensionale formate de neuronii noștri se corelează cu complexitatea diferitelor sarcini cognitive. Cu siguranță că acest studiu reprezintă un nou început în domeniul neuroștiinței, drum pe care topologia algebrică ni-l dezvăluie studiind pe mai departe acest mare mister al organismului uman, creierul.
Surse: Science Alert și Ancient Code
Notă personală: mintea este o interfață hiper-dimensională între corpul fizic (creier) și Câmpul Marii Conștiințe Universale, prin Conștiința individuală de Sine.

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s