Quante dimensioni ci sono nel nostro cervello

Quante dimensioni ci sono nel nostro cervello
Quante dimensioni ci sono nel nostro cervello
Anonim

I neuroscienziati hanno usato la matematica classica per esaminare la struttura del nostro cervello. Hanno scoperto che è pieno di forme geometriche multidimensionali che lavorano in 11 dimensioni!

Nel 2019, il gruppo di ricerca svizzero Blue Brain ha fatto una cosa incredibile: ha completamente rimodellato il cervello umano sulla base di un supercomputer. Per questo, gli scienziati hanno creato un modello speciale utilizzando la topologia algebrica, una branca della matematica che descrive le proprietà di oggetti e spazi, indipendentemente dal cambiamento nella loro forma.

I gruppi di neuroni sono collegati in "clic" e il numero di neuroni in una cricca dipende dalla sua dimensione come oggetto geometrico multidimensionale (stiamo parlando di un concetto di misurazione matematico, non spazio-temporale - questo è importante).

"Abbiamo trovato un mondo che non avremmo mai sognato", ha affermato il ricercatore capo, il neuroscienziato Henry Markram dell'Istituto EPFL in Svizzera. - Anche nella parte più piccola del cervello, ci sono decine di milioni di tali oggetti e la loro dimensione varia fino a sette dimensioni. In alcune reti abbiamo anche trovato strutture fino a 11 dimensioni".

Non stiamo parlando di dimensioni spaziali (io e te, ad esempio, percepiamo l'Universo solo in tre dimensioni spaziali + una temporale). Invece, i ricercatori notano il grado in cui i neuroni sono collegati tra loro. I nodi di collegamento sono "clic". Più ci sono, maggiore è la dimensione.

Secondo i neuroscienziati, il nostro cervello è composto da 86 miliardi di neuroni, strettamente correlati tra loro. Formano una vasta rete cellulare, che in qualche modo ci dà la capacità di pensare attivamente e agire consapevolmente. Data l'enorme quantità di connessioni che contiene questa complessa struttura, non sorprende che gli scienziati non abbiano ancora una chiara comprensione di come funziona.

Tuttavia, il quadro matematico sviluppato dagli scienziati svizzeri ci avvicina di un passo al giorno in cui il cervello sarà completamente digitalizzato.

Per eseguire i test, il team ha utilizzato un modello di neocorteccia dettagliato che il Blue Brain Project ha pubblicato nel 2015. Si ritiene che la neocorteccia sia la parte del nostro cervello coinvolta in alcune delle funzioni di ordine superiore come la cognizione e la percezione sensoriale.

Dopo aver sviluppato la struttura matematica e averla testata su alcuni stimoli virtuali, il team ha anche confermato i risultati sul tessuto cerebrale reale nei ratti.

Secondo i ricercatori, la topologia algebrica fornisce strumenti matematici per riconoscere i dettagli di una rete neurale sia in modalità ravvicinata a livello dei singoli neuroni sia, su scala più ampia, della struttura del cervello nel suo insieme. Collegando questi due livelli, i ricercatori hanno potuto distinguere strutture geometriche multidimensionali nel cervello, formate da raccolte di neuroni strettamente correlati (clic) e spazi vuoti (cavità) tra di loro.

“Abbiamo trovato un numero e una varietà sorprendentemente elevati di clic e grandi cavità che non erano stati precedentemente trovati nelle reti neurali, né biologiche né artificiali. La topologia algebrica è come un telescopio e un microscopio allo stesso tempo , ha spiegato uno dei membri del team, la matematica Catherine Hess dell'EPFL. - Ti aiuta ad avvicinarti alle reti per trovare strutture nascoste e allo stesso tempo vedere spazi vuoti. È come cercare alberi e prati in un unico bosco».

Queste lacune, o "cavità", sembrano essere fondamentali per il funzionamento del cervello. Quando i ricercatori hanno stimolato il tessuto cerebrale virtuale, hanno visto che i neuroni rispondono ad esso in modo altamente organizzato.

“È come se il cervello reagisse allo stimolo costruendo e poi distruggendo una torre di blocchi multidimensionali, iniziando con aste (1D), poi assi (2D), poi cubi (3D) e poi geometrie più complesse - 4D, 5D, ecc. - spiega il matematico Ran Levy dell'Università di Aberdeen in Scozia. "Lo sviluppo dell'attività attraverso il cervello è come un castello di sabbia multidimensionale che si materializza dalla sabbia e poi si disintegra".

I risultati del lavoro hanno fornito al mondo un'immagine straordinaria e fresca di come il cervello elabora le informazioni. Tuttavia, i ricercatori notano che non hanno ancora capito il motivo per cui le cricche e le cavità si formano in modi molto specifici. Sarà necessario più lavoro per determinare come la complessità di queste forme geometriche multidimensionali formate dai nostri neuroni sia correlata alla complessità di vari compiti cognitivi.

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