Matematické metody algebraické topologie pomohly vědcům najít struktury a vícerozměrné geometrické prostory v sítích mozku.
Podle odborníků nová studie prokázala, že lidský mozek je domovem struktur a tvarů, které mají až 11 rozměrů.
Lidský mozek je domovem odhadem až 86 miliard neuronů, z nichž každý vytváří několik spojení s okolními neurony v každém směru, čímž se vytváří obrovská celulární síť, která nám nějakým způsobem dává schopnost myšlení a vědomí, uvádí Science Alert.
Mezinárodní skupina vědců, která se shromáždila kolem projektu Blue Brain, získala podle studie zveřejněné v časopise Frontiers in Computational Neuroscience výsledky, které jsou ve světě neurovědy průlomové. Tomuto týmu se podařilo najít v mozku struktury, které představují vícerozměrný vesmír a odhalit geometrickou strukturu neurálních spojů a to, jak tyto spoje reagují na podněty.
Vědci využili počítačové simulace a hloubkové analýzy dat, aby pochopili, jak přesně jsou lidské mozkové buňky schopny se organizovat aby mohly provádět složité úkoly.
Výzkumníci použili matematické modely algebraické topologie k popisu struktur a multidimenzionálních geometrických prostorů v sítích mozku. Ve studii je uvedeno, že tyto struktury jsou vytvářeny ve stejnou dobu, kdy jsou neurony propojeny do "spojů", které vytvářejí přesnou geometrickou strukturu.
Henry Markram, neurolog a ředitel projektu Blue Brain sídlícího v Lausanne ve Švýcarsku, řekl: "Našli jsme svět, který jsme si nikdy nepředstavovali. Existují desítky milionů těchto objektů, dokonce i v malé části mozku, které mají až sedm rozměrů. V některých sítích jsme dokonce našli struktury s až 11 rozměry."
Koncepční ilustrace sítí mozku (vlevo) a topologie (vpravo) [ScienceAlert]
Jak uvádějí odborníci, každý neuron uvnitř mozku je schopen propojit se se sousedními neurony a specifickým způsobem tak vytvořit objekt se složitými spoji. Je zajímavé, že čím více neuronů vytváří takovýto objekt, tím více rozměrů objekt obsahuje.
Pomocí algebraické topologie vědci dokázali modelovat takovou strukturu uvnitř virtuálního mozku, vytvořeného pomocí počítačů. Poté vědci provedli experimenty na skutečné mozkové tkáni, aby ověřili výsledky.
Poté, co vědci přidali do virtuální mozkové tkáně podněty, zjistili, že se vytvořily struktury o více rozměrech. Mezi těmito strukturami se objevily dutiny.
Ran Levi z univerzity v Aberdeenu, který pracoval na publikaci, uvedl pro Wired:
"Objev struktur o více rozměrech ve chvíli, kdy mozek zpracovává informace znamená, že neurony v mozkové tkáni reagují na podněty extrémně organizovaným způsobem."
"Je to, jako kdyby mozek reagoval na podněty budováním stavby z vícerozměrných objektů - nejdříve tyčí (1D), poté prken (2D), kostek (3D) poté složitějších geometrických tvarů (4D, 5D atd.). Postup mozkové aktivity napříč tkání připomíná připomíná hrad z písku, který z ničeho nic povstane a následně se opět rozpadne."
Zatímco trojrozměrné tvary mají výšku, šířku a hloubku, objekty objevené odborníky v nové studii neexistují v reálném světě ve více než těchto třech rozměrech, nicméně matematici, kteří je popisují jim přiřazují 5, 6, 7 nebo až 11 rozměrů.
Profesor Cees van Leeuwen z KU Leuven, Belgie, uvedl pro Wired: "Mimo fyziku se často používají vícerozměrné prostory pro popis komplexních datových struktur nebo podmínek systémů, například pro popis stavu dynamického systému ve vesmírném prostoru."
"Prostor je prostě spojením všech úrovní volnosti systému a jeho stav popisuje hodnoty, které tyto úrovně volnosti skutečně předpokládají."