Creierul ar putea ascunde o arhitectură matematică mult mai complexă decât și-au imaginat oamenii de știință. Cercetătorii au identificat structuri geometrice care ajung până la 11 dimensiuni, deschizând o perspectivă spectaculoasă asupra felului în care neuronii se conectează și procesează informația. Dar ce înseamnă, de fapt, acest univers multidimensional și cât de aproape suntem de a înțelege mecanismele ascunse ale creierului?
Un univers matematic ascuns în rețelele neuronale
Descoperirea aparține unei echipe internaționale de cercetători din cadrul proiectului Blue Brain, coordonat de neuroscientistul Henry Markram, de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Elveția.
Studiul a fost publicat pe 12 iunie 2017 în revista Frontiers in Computational Neuroscience, sub titlul Cliques of Neurons Bound into Cavities Provide a Missing Link between Structure and Function.
Cercetătorii au folosit o ramură avansată a matematicii, numită topologie algebrică, pentru a analiza organizarea rețelelor neuronale. Au identificat structuri geometrice complexe, unele descrise matematic prin până la 11 dimensiuni.
Este importantă o precizare: experimentul nu demonstrează că oamenii trăiesc într-un univers fizic cu 11 dimensiuni în interiorul capului și nici că mintea poate călători între dimensiuni. Este vorba despre dimensiuni matematice care descriu complexitatea conexiunilor dintre neuroni.
Reprezentare conceptuală a structurilor geometrice multidimensionale identificate în rețelele neuronale. Imagine asociată proiectului Blue Brain, EPFL.
Cum construiesc neuronii structuri cu 11 dimensiuni?
Secretul se află în modul în care neuronii se conectează între ei. Oamenii de știință au analizat grupuri de neuroni numite cliques, în care fiecare neuron este conectat cu toți ceilalți membri ai grupului.
Aceste conexiuni formează obiecte geometrice matematice, numite simplexuri. Pe măsură ce numărul neuronilor conectați crește, crește și dimensiunea matematică a structurii rezultate.
În unele rețele analizate, aceste structuri au ajuns până la 11 dimensiuni. Cercetătorii au identificat și cavități multidimensionale, adică spații matematice rezultate din organizarea conexiunilor neuronale.
Cu alte cuvinte, creierul nu este doar o rețea de celule care transmit impulsuri electrice. Organizarea acestor conexiuni poate genera tipare matematice extrem de sofisticate, invizibile prin metodele obișnuite de analiză.
Ce se întâmplă în creier când primește informații?
Una dintre cele mai interesante observații ale echipei a apărut atunci când cercetătorii au stimulat țesutul cerebral simulat.
Structurile geometrice complexe se formau temporar, se reorganizau și apoi dispăreau. Procesul a fost comparat de cercetători cu construirea și demolarea unui castel de nisip multidimensional.
Această dinamică sugerează că activitatea neuronală poate fi organizată în tipare mult mai complexe decât simpla transmitere a semnalelor între două celule.
Vizualizare științifică a rețelelor neuronale și a structurilor geometrice complexe. Sursa cercetării: Blue Brain Project / EPFL.
Au descoperit oamenii de știință unde sunt ascunse amintirile?
Aceasta este una dintre cele mai fascinante întrebări ridicate de cercetare. Henry Markram a sugerat că aceste cavități multidimensionale ar putea avea legătură cu felul în care sunt organizate și păstrate amintirile.
Totuși, studiul nu a demonstrat că memoria este stocată în aceste cavități. Este o ipoteză de cercetare, nu o descoperire definitivă.
Mai există o precizare esențială: rezultatele prezentate în lucrarea din 2017 provin din reconstrucții digitale ale microcircuitelor neocorticale și din experimente pe țesut cerebral de șobolan. Nu reprezintă demonstrarea unui creier uman cu 11 dimensiuni.
Descoperirea rămâne însă remarcabilă: matematica oferă instrumente noi pentru a înțelege felul în care neuronii construiesc rețele, transmit informații și se reorganizează permanent.
Poate că unul dintre cele mai mari mistere ale creierului nu este doar cât de multe informații poate procesa, ci cât de complexă este arhitectura invizibilă care face posibil acest lucru.
