人的大脑在11个维度上建立结构,发现科学家

大脑继续以其宏伟的复杂性使我们感到惊讶。结合神经科学与数学结合的开创性研究告诉我们,我们的大脑创建了多达11个Dimensi的神经结构

大脑继续以其宏伟的复杂性使我们感到惊讶。将神经科学与数学结合的开创性研究告诉我们,我们的大脑在处理信息时创造了多达11个维度的神经结构。通过“维度”,它们是指抽象的数学空间,而不是其他物理领域。尽管如此,研究人员“发现了一个我们从未想过的世界,”蓝脑项目主任亨利·马克拉姆(Henry Markram)说。

基于瑞士的Blue Brain Project的目标是在数字上对人脑进行“生物详细”模拟。通过用“前所未有的”生物学信息创建数字大脑,科学家旨在促进我们对令人难以置信的复杂人类脑的理解,该大脑具有约860亿个神经元。

为了更清楚地了解这种巨大的网络如何运作以形成我们的思想和行动,科学家采用了超级计算机和数学的特殊分支。该团队基于在2015年完成的新皮层数字模型的目前研究。他们探索了该数字新皮层通过使用代数拓扑的数学系统做出响应的方式。它使他们能够确定我们的大脑不断创造出非常复杂的多维几何形状和看起来像“沙堡”的空间。

如果不使用代数拓扑(描述具有多数维度的系统)的数学分支,可以看到多维网络是不可能的。

利用新颖的数学方法,研究人员能够在以前看起来像神经元的“混乱”模式中看到高度的组织。

“代数拓扑同时就像望远镜和显微镜。它可以放大网络,以找到隐藏的结构(森林中的树木),并同时看到空白空间 – 清除。”该研究的作者Kathryn Hess说。他们创建了,然后通过对来自大鼠的真实脑组织进行相同的实验来确认结果。

当刺激时,虚拟神经元将形成一个集团,每个神经元与另一个神经元连接到另一个神经元,以形成特定的几何对象。许多神经元会增加更多的尺寸,在某些情况下达到11个。结构将在研究人员称为“腔”的高维孔周围组织。大脑处理信息后,集团和空腔消失了。

左:新皮层的一部分的数字副本,这是大脑中发展最多的部分。右:不同大小和几何形状的形状,代表从1个维度到7维等等的结构。中间的“黑洞”象征着多维空间又名腔。

研究人员运行李维(Levi)详细介绍了这一过程的工作方式:

“当大脑正在处理信息时,高维腔的出现意味着网络中的神经元以非常有条理的方式反应刺激。好像大脑通过构建对刺激做出反应,然后夷为多维块的塔,从杆(1D)开始,然后是木板(2D),然后是立方体(3D),然后使用4D,5D,更复杂的几何形状等等。通过大脑活动的发展类似于从沙子中实现然后分解的多维沙堡。”

该发现的重要性在于使我们对“神经科学的基本奥秘之一 – 大脑结构之间的联系与如何处理信息之间的联系”,阐述了凯瑟琳·赫斯(Kathryn Hess代数地形研究“可塑性”的作用,这是刺激时神经连接的加强和削弱的过程,这是我们大脑学习方式的关键组成部分。他们看到他们的发现进一步应用于研究人类智力和记忆的形成。

该研究发表在计算神经科学领域的前沿。

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