Ein wenig bekannt Studie veröffentlicht im letzten Jahr in Grenzen der Computational Neuroscience gewinnt wieder an Traktion und zeigt, dass die Strukturen des menschlichen Gehirns bis zu 11 Abmessungen. Die Studie wurde durchgeführt von Blue Brain Project eine Schweizer Forschungsinitiative.
"Es gibt zig Millionen dieser Objekte sogar in einem kleinen Fleck des Gehirns in sieben Dimensionen. In einigen Netzwerken haben wir sogar Strukturen mit bis zu elf Dimensionen gefunden."
"Wir haben eine Welt gefunden, die wir uns nie vorgestellt hatten", sagte der Neurowissenschaftler. Henry Markram , Direktor des Blue Brain Project und Professor an der EPFL in Lausanne, Schweiz.
"Es gibt zig Millionen dieser Objekte sogar in einem kleinen Fleck des Gehirns in sieben Dimensionen. In einigen Netzwerken haben wir sogar Strukturen mit bis zu elf Dimensionen gefunden", fügte Markram hinzu.
Um das menschliche Gehirn, eine der komplexesten Strukturen der Erde, zu untersuchen, stellte das Team fest, dass die traditionelle Mathematik nicht effektiv ist. "Die Mathematik, die normalerweise für das Studium von Netzwerken angewendet wird, kann die hochdimensionalen Strukturen und Räume, die wir jetzt klar sehen, nicht erkennen.Sagte Markram.
Daher entschieden sich die Forscher für die Verwendung der algebraischen Topologie, einem Zweig der Mathematik, der sich mit der Konstruktion algebraischer Invarianten in Verbindung mit topologischen Räumen befasst, die zur Unterscheidung zwischen ihnen dienen. Das Blue Brain Project suchte die Unterstützung von Mathematikern. Kathryn Hess von EPFL und Ran Levi von der Aberdeen University bei der Anwendung dieser Disziplin.
"Die algebraische Topologie ist wie ein Teleskop und ein Mikroskop gleichzeitig. Sie kann in Netzwerke hineinzoomen, um verborgene Strukturen - die Bäume im Wald - zu finden und gleichzeitig die leeren Räume - die Lichtungen - zu sehen", erklärte Hess.
Mit diesem Ansatz experimentierte das Team an einem Modell der Neokortex veröffentlicht vom Blue Brain Project im Jahr 2015 und an echtem Hirngewebe bei Ratten. Diese Technik ermöglichte es ihnen, Details des neuronalen Netzwerks des Gehirns sowohl auf der Ebene einzelner Neuronen als auch der Gehirnstruktur insgesamt zu untersuchen.
Cliquen und Hohlräume
Durch die Stimulation des virtuellen Gehirngewebes stellten sie fest, dass Ansammlungen eng verbundener Neuronen, sogenannte Cliquen, hochdimensionale Löcher, sogenannte Hohlräume, einschließen. "Das Auftreten hochdimensionaler Hohlräume, wenn das Gehirn Informationen verarbeitet, bedeutet, dass die Neuronenim Netzwerk auf Reize äußerst organisiert reagieren ", sagte Levi.
"Es ist, als ob das Gehirn auf einen Reiz reagiert, indem es einen Turm aus mehrdimensionalen Blöcken baut und dann zerstört, beginnend mit Stäben 1D, dann Planken 2D, Würfeln 3D und dann komplexeren Geometrien mit4D, 5D usw. Das Fortschreiten der Aktivität durch das Gehirn ähnelt einer mehrdimensionalen Sandburg, die sich aus dem Sand materialisiert und sich dann auflöst ", fügte Levi hinzu.
Die komplexeren Geometrien gingen auf 11 Abmessungen. Die Forscher vorgeschlagen das " Das Gehirn verarbeitet Reize, indem es immer komplexere funktionelle Cliquen und Hohlräume bildet. "
Die Studie könnte möglicherweise auch in der Lage sein, eine Frage zu beantworten, die sich der Neurowissenschaft längst entzogen hat; wo das Gehirn seine Erinnerungen speichert. "Sie können sich in hochdimensionalen Hohlräumen" verstecken "", sagte Markram.
Dies ist nicht das erste Mal, dass Forscher eine algebraische Topologie verwenden, um das Gehirn zu untersuchen. Ein Team unter der Leitung von Ann Sizemore von der University of Pennsylvania hat ähnliche Maßnahmen ergriffen. Arbeit mit etwas ähnlichen Ergebnissen.
Via : EurekAlert , Grenzen