Фото: Lino Mirgeler/dpa
Если нам требуется как-то вообразить или объяснить себе работу головного мозга, то, согласно современным представлениям, у большинства возникает образ огромного количества нервных клеток, которые обмениваются сигналами через множество специальных контактов — синапсов. Разные клетки отвечают за различные задачи: в мозге есть области, управляющие движениями, связанные с эмоциями, памятью, принимающие сигналы от органов чувств и так далее. Активность каждого отдельного нейрона зависит от того, какие сигналы пришли к нему от «коллег», других нейронов: просуммировав все входящие сигналы, он либо пошлет от себя импульс дальше, либо, наоборот, ничего никому посылать не будет.
Это вполне работающая модель, которой пользуются нейробиологи. Но, как и многие другие модели, она хорошо демонстрирует лишь некоторые принципы функционирования мозга. Сотрудники Института Солка, Университета Лафборо и Калифорнийского университета в Беркли рассказывают в Science Advances об одном феномене, который не получается объяснить с помощью модели отдельных взаимодействующих нейронов. Например, нейроны, обрабатывающие зрительные сигналы, реагируют на стимулы в зависимости от того, на что направлено внимание. Яркая вспышка света заставит нейроны отозваться, если мозг на этом сфокусирован, и те же самые нейроны проигнорируют световую вспышку, если мозг очень занят чем-то другим, более важным, с его точки зрения.
При помощи алгебраической топологии, описывающей свойства объектов и пространств вне зависимости от изменений их формы, ученые заметили, что нейроны соединяются в группы, и число нейронов в них указывает на размер этого многомерного геометрического объекта.
«Мы обнаружили мир, о котором даже не подозревали, — говорит Генри Маркрам, руководитель проекта. — Даже в небольшой крупинке мозга этих объектов десятки миллионов, у которых до 7 измерений. А в некоторых сетях их число доходило до 11».
Для проведения математического анализа нейробиологи воспользовались подробной компьютерной моделью неокортекса, которую создали еще в 2015 году. Неокортекс, или новая кора — самая «современная» часть нашего мозга, сформировавшаяся позже всего, и отвечающая за функции высшего порядка — сознание и восприятие.
В мозгу человека примерно 86 миллиардов нейронов, и связи между ними простираются во всех возможных направлениях, образуя сеть, формирующую наше сознание.
После разработки математической модели ученые протестировали ее на виртуальных стимулах, а затем испытали на подопытных крысах. И обнаружили большое число многомерных геометрических структур в мозгу, сформированных нейронами и пустыми пространствами между ними, которые не видели раньше в нейронных сетях, ни в биологических, ни в искусственных.
Пустые пространства между нейронами оказались критически важными для функционирования мозга. Когда в мозг поступает стимулирующий сигнал, нейроны реагируют на него крайне организованно. «Выглядит это так, будто мозг откликается на стимулы, создавая, а затем увеличивая башню из многомерных блоков, начиная с одномерных палочек, затем переходя к доскам (2D), затем к кубам (3D), затем к более сложной геометрии с 4D, 5D и т. д.», — говорит участник проекта, математик Ран Леви.
Это открытие дает новое понимание процессов обработки информации мозгом. Ученым еще предстоит разобраться, что именно заставляет группы нейронов соединяться в такие конструкции, пишет Science Alert.
https://hightech.fm/2017/06/13/brain-dimensions
Какая-то антинаучная каша, в отличии от статьи выше. Как в трехмерном пространстве образуются объекты с более высокой размерностью?
так же, как в IT существуют многомерные кубы данных