توانایی مغز انسان در خلق ساختار‌های ۱۱ بُعدی

پژوهشگران سوئیسی، برای نخستین بار، ادعای وجود ابعاد بالا در مغز را روی موش‌ها آزمایش کردند.

به گزارش ایسنا و به نقل از ساینس‌الرت، سال گذشته عصب‌شناسان برای بررسی ساختار مغز، یکی از شاخه‌های ریاضیات را با روش کاملا جدیدی به کار گرفتند.

آنها دریافتند که مغز، ساختارهای هندسی چندبعدی دارد که می‌توانند تا 11 بُعد داشته باشند. از آنجا باور همیشگی براساس جنبه سه‌بعدی بود، این ادعا عجیب به نظر می رسید اما شاید نتیجه این پژوهش، گام بعدی در درک بافت مغز انسان باشد.

این مدل مغزی توسط گروهی از پژوهشگران " پروژه بلو برین" (Blue Brain Project) – یک موسسه پژوهشی سوئیسی برای بازسازی مبتنی بر سوپررایانه مغز انسان – ابداع شد.

این گروه پژوهشی، از توپولوژی جبری استفاده کردند. "توپولوژی جبری"(algebraic topology)، شاخه‌ای از ریاضیات است که برای توصیف ویژگی‌های اشیا و فضاها بدون توجه به نحوه تغییر شکل آنها، به کار می‌رود.

آنها گروهی از نورون‌های متصل به یک "گروهک"(cliques) را پیدا کردند و دریافتند که تعداد نورون‌های داخل یک گروهک، به شکل‌گیری اندازه آن به عنوان یک شیء هندسی با ابعاد بالا(بعد در مفهوم ریاضی، نه در مفهوم زمان و مکان) کمک می‌کنند.

"هنری مارکرام"(Henry Markram)، عصب‌شناس "مؤسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان"(EPFL) در سوئیس و پژوهشگر ارشد این بررسی گفت: ما، جهانی غیرقابل تصور یافتیم. 10‌ها میلیون نوع از این اشیاء، در مغز، حتی در ذره کوچکی از آن وجود دارند که به هفت بعد می‌رسند. ما حتی در برخی شبکه‌ها، ساختارهایی با 11 بعد هم یافتیم.

پژوهشگران در مقاله‌ای توضیح دادند: شبکه‌ها اغلب مانند گروهی تومور متصل به یکدیگر عمل می‌کنند. تعداد نورون‌های هر گروهک، اندازه یا بعد آن را تعیین می‌کند.

در هر حال، چهارچوب ریاضی که این گروه پژوهشی ابداع کرده، ما را یک گام به داشتن مدل دیجیتالی مغز نزدیک می‌کند.

پژوهشگران برای اجرای آزمایش‌های ریاضی، یک مدل دقیق از "نوقشر"(neocortex) پروژه "بلو برین" که در سال 2015 به چاپ رسیده بود، به کار بردند. این نوقشر، جدیدترین قسمت تکامل یافته مغز ما است و در برخی از عملکردهای ما که در سطح بالاتری قرار دارند مانند شناخت و ادراک حسی، وجود دارد.

این نسخه از پژوهش، در ژوئن سال 2017 به چاپ رسید.

اکنون، این گروه، پس از ابداع چهارچوب ریاضی و آزمایش آن در برخی محرک‌های مجازی، نتایج را روی بافت واقعی مغز موش‌ها، بررسی کرده است.

به گفته پژوهشگران، توپولوژی جبری، ابزار ریاضی را برای تشخیص جزئیات شبکه عصبی، هم در نمای نزدیک سطح فردی نورون‌ها و هم به طور کلی در مقیاس بزرگتر ساختار مغز، ارائه داد. آنها با اتصال این دو سطح توانستند ساختارهای هندسی با ابعاد بالا که ناشی از اتصال محکم نورون‌ها و فضاهای خالی بین آنها هستند، در مغز تشخیص دهند.

به نظر می‌رسد این فضاهای خالی، برای عملکرد مغز، اهمیت زیادی داشته باشند. هنگامی که پژوهشگران به بافت مجازی مغز، محرکی ارائه دادند، مشاهده کردند که نورون‌ها، به شکل سازمان‌دهی شده‌ای واکنش نشان می‌دهند.

این یافته‌ها، تصویر جدیدی از چگونگی پردازش اطلاعات در مغز ارائه داد اما پژوهشگران به این نکته هم اشاره کردند که دلیل شکل‌گیری خاص گروهک‌ها و حفره‌ها مشخص نیست و برای تعیین چگونگی شکل‌گیری این اشکال پیچیده چندبعدی توسط نورون‌هایی که با پیچیدگی انواع وظایف شناختی در ارتباط هستند، پژوهش بیشتری مورد نیاز است.

این پژوهش در مجله " Frontiers of Computational Neuroscience" به چاپ رسید.