Параллельные миры человеческого мозга

Среда, 21 Июнь 2017 10:30
В нас заложены возможности, о которых мы и не подозреваем... В нас заложены возможности, о которых мы и не подозреваем...

Швейцарские учёные и специалисты IBM нашли в мозге структуры, существующие в четырёх, пяти и даже одиннадцати измерениях. Играючи собирая и разрушая башенки из таких структур, мозг обрабатывает входящие сигналы. Исследователи из IBM и Швейцарского федерального технического института Лозанны уже больше 10 лет работают над моделированием головного мозга человека, и некоторые из сделанных ими открытий способны нас потрясти...

 В 2015 году им удолось смоделировать один небольшой участок соматосенсорной коры объёмом всего 0,3 мм³. Такой участок называется колонкой: нейроны в ней в большей степени связаны друг с другом, чем с внешними нейронами. Чтобы создать модель одной крошечной колонки, учёным пришлось записать активность 14 тысяч нейронов и описать 8 миллионов нейронных связей. Это очень много, и вычислительной мощности суперкомпьютера Blue Gene едва хватило на симуляцию каждой синаптической связи; во всём же человеческом мозге таких связей 10 11 — 10 13.

На этот раз учёные воспользовались результатами двухлетней давности и новыми моделями, чтобы описать геометрию одной колонки и её отдельных фрагментов. Результаты работы, опубликованные в журнале Frontiers in Computational Neuroscience, напоминают цитату из фантастического фильма: учёные обнаружили в мозге структуры, существующие в четырёх, пяти, а иногда и 11 измерениях.

Разумеется, увидеть такие структуры человеческому глазу не дано; их вычислили при помощи методов алгебраической топологии — раздела математики, уравнения которого позволяют описывать пространства и объекты, существующие в скольки угодно измерениях.

Как утвержадется в статье, многомерные структуры возникают, когда нейроны связываются друг с другом особым образом; порядок связей задаёт геометрию объекта. Чем больше связей, тем она сложнее.

«Таких (многомерных) объектов в крошечном кусочке мозга — десятки миллионов», — объясняет нейробиолог Генри Маркам, участник проекта Blue Brain Project. Учёный считает, что открытие многомерных структур объясняет то, как сложно было изучать и моделировть мозг: «Мы пользовались математическим аппаратом, который не рассчитан на манипуляции с настолько многомерными объектами. Сейчас мы можем с ними работать». Описание многомерных нейронных структур стало возможным благодаря двум специалистам по топологии — Кэтрин Гесс (Kathryn Hess) из Лозанны и Рана Леви (Ran Levi) из университета Абердина.

Учёным удалось описать участие многомерных структур в работе мозга. Когда мозг получает сигнал-стимул, он выстраивает последовательности из объектов возрастающей сложности: палочек (1D), плосткостей (2D), кубиков (3D) и более сложных и многомерных объектов, вместе формирующих замысловатые структуры, которые рассыпаются так же быстро, как возводятся. Всё эти процессы крайне упорядочены.

Теперь учёным предстоит ответить на новые вопросы о том, как работают такие конструкции: зависит ли сложность конструкции от сложности задания и участвуют ли такие нейронные сооружения в хранении памяти.

Посмотрим видео об этом:

Прочитано 84 раз

...

Похожие материалы (по тегу)

  • Растения мыслят... следовательно, существуют?

    У растений длинная и неожиданная линия эволюции. Земные растения сформировались 450 миллионов лет назад, акулы старше деревьев. Первые цветы появились только в меловом периоде, а трава начала прорастать лишь 40 миллионов лет назад. За это время растения развили некоторые поразительные особенности, и, как показывает последнее исследование, проведённое Бермингемским университетом, «мозг» тоже мог быть одним из них. Правда, это мозг не в том понимании, в котором он существует, например, у животных. У растений он представляет собой набор клеток, действующих как своего рода командный центр.

  • Тайны мира: самые глубокие места планеты Земля. ТОП-10

    Около 6 тысяч километров отделяет поверхность Земли от её ядра. Но насколько человек в действительности может к нему приблизиться?.. В нашем традиционном обзоре ТОП-10 самых глубоких мест на нашей планете.

  • Тайны мира: миллионы лет до нашей эры

    До появления людей мир был совершенно другим. Наша планета не всегда выглядела так, как сейчас. За последние 4,5 миллиарда лет она прошла через ряд самых невероятных изменений — и они совершенно неописуемые. Но мы попытаемся их описать. Если бы вы могли вернуться назад во времени на миллионы лет, вы не просто увидели бы немного других животных. Вы обнаружили бы совершенно инопланетный мир -прямо со страниц научной фантастики...

  • Тайны мира: творческие способности человека

    Что представляет собой творческая работа – написанная художником картина или музыкальное произведение, вызывающие в нас чувство восхищения и вдохновения? Это все от простого желания показать нам нечто новое, нечто иное, или же это тяга человека к выражению того, что увидел сам художник и не смогли увидеть другие люди?..

  • Ученые выяснили, что динозавры "почти живы"

    Если бы упавший 66 млн лет назад астероид подлетел к Земле на минуту раньше или позже, динозавры были бы все еще живы, утверждают ученые. Об этом открытии рассказывается в вышедшем на днях телевизионном фильме Би-би-си «День, когда погибли динозавры». А, может быть, они тогда все-таки выжили?..