Multidimensional de matemática do mundo em sua cabeça...

Dois mil anos atrás, os antigos gregos olharam para o céu à noite e viram as formas geométricas que ocorrem entre as estrelas: o caçador, o leão, um vaso com água. Em certo sentido, eles usaram estas constelações, para dotar de significado espalhados aleatoriamente estrelas no tecido do Universo. Transformando a astronomia em um formulário, eles encontraram uma maneira de organizar e dar significado altamente sofisticado sistema. É claro, os gregos estavam errados: a maioria das estrelas de uma constelação não têm nenhuma relação de uns para com os outros não têm. Mas sua abordagem continua a viver.

Esta semana Blue Brain Project (projeto "Blue brain") propôs uma excelente idéia, que pode explicar a complexidade do cérebro humano. Usando cartesiana topologia — um tipo de matemática que "projeta" a conexão complexos na forma de gráficos — os cientistas картировали caminho funções complexas que surgem a partir da estrutura de redes neurais.

E aqui está o que é importante: embora o nosso cérebro fisicamente tem lugar em nosso mundo tridimensional, a sua comunicação interna — matematicamente falando — funcionam muito mais espaço multidimensional. Falando humanamente, montagem e desmontagem de conexões neurais altamente complexas, até mesmo mais do que o esperado. Mas agora temos uma língua que as descreve.

"Nós encontramos a paz, que nunca esperava ver", diz o dr. Henry Маркрам, diretor do Blue Brain Project e professor da EPFL, Lausanne, Suíça, orientador desta pesquisa.

Talvez seja por isso que o cérebro era tão difícil de entender, diz ele. "A matemática é, geralmente, aplicada a redes de pesquisa, não é possível detectar высокоразмерные da estrutura e do espaço, que agora vemos claramente".

Высокоразмерный mundo

Quando pensamos sobre o cérebro, que vêm à mente разветвляющиеся neurônios e tecidos moles — é bastante objetos tridimensionais. Falando a linguagem da física, nenhuma miniatura mini-cérebros, se escondem em nossos próprios, não é, e nossos neurônios não estão se movendo para algum mais elevado de existência, quando são ativados.

Fora de física "dimensão" — é apenas uma maneira divertida de descrever a complexidade. Tomemos um grupo de três neurônios que funcionam em conjunto (A, B e C), por exemplo. Agora pense, como muitas maneiras de conectá-los. Uma vez que a informação, geralmente, é transmitido apenas uma forma de um neurônio para o seu parceiro, E pode ser associado a apenas B ou С. Topologicamente falando, a dimensão aqui é igual a dois.

Da Mesma forma, um grupo de quatro neurônios tem uma dimensão de três, de cinco a quatro. Quanto mais neurônios no grupo, maior a dimensão, portanto, o sistema se torna mais complicado.

"No nosso estudo, a dimensão não descreve espaciais de dimensão, mais топологическую a dimensão de objetos geométricos, que nós descrevemos. 7 ou 11-dados simplex será incluído na física de um espaço tridimensional", explica o autor do estudo, Max Нолте, um estudante de graduação da EPFL.

Multidimensionais de comunicação

Para começar a desmontar a organização do cérebro, os cientistas começaram com blocos funcionais chamado симплексы. Cada simplex representa um grupo especial de neurônios relacionados uns com os outros em um muito específico ordem.

Um neurônio é muito importante e diz a primeira, uma escuta todos os neurônios, e outros poucos ouvem e dizem, àqueles, que não escutam", diz Нолте. "Esta estrutura especial garante que escutam os neurônios vão realmente entender o que diziam os neurônios no cérebro, onde sempre milhões de neurônios falando ao mesmo tempo, como a multidão no estádio".

Como antes, a dimensão descreve a complexidade da palavra simples.

Em seis diferentes virtuais cérebros, cada um dos quais foi restaurado a partir de dados experimentais, obtidos em ratos, os cientistas estavam procurando sinais destes objectos matemáticos abstratos. Incrível, mas a virtual cérebro continham extremamente complexas симплексы — até a sétima dimensão — e cerca de 80 milhões de "grupos" de neurônios de menor dimensão.

Uma Enorme quantidade de симплексов, escondidos no interior do cérebro, sugere que cada neurônio é parte de um vasto número de grupos funcionais, muito mais do que acreditava antes, diz Нолте.

A função

Se симплексы — blocos de construção, como eles estão indo para a educação ainda mais complexas de rede?

Quando a equipe fez o seu virtual estimular o cérebro, neurônios, reuniram-se em uma rede complexa, como um LEGO, formaram o castelo. Mas esta relação, mais uma vez, não necessariamente física. Os neurônios se comunicam entre si como se estivesse em um gráfico social, e essas colunas formam uma rede ou outra высокоразмерную estrutura.

A Montagem não foi o ideal: entre высокоразмерными estruturas foram "buraco", um lugar em que não estavam disponíveis de comunicação para a educação para a nova rede.

Como симплексов, os buracos também a sua dimensão. De certa forma, diz Нолте, "a dimensão do buraco descreve o quão perto estavam симплексы, para alcançar a mais alta dimensão", ou o quão bem blocos relacionados uns com os outros.

O Aparecimento de cada vez mais alto dimensionais buracos diz-nos que os neurônios em uma rede de reagir a estímulos (estímulos) "extremamente organizada", diz o dr. Feridas Levy, da Universidade de Aberdeen, que também trabalhou sobre este artigo.

Quando olhamos para a resposta do cérebro a uma substância irritante com o passar do tempo, vemos que é abstrato objetos geométricos formados e, em seguida, caindo aos pedaços, quando constroem funcionais da rede, diz Levy.

Primeiramente o cérebroganhando mais simples de rede neural para a construção de um unidimensional "quadro". Em seguida, essas redes são conectadas na bidimensional "parede" com "buracos" entre eles. Os mais высокоразмерные estrutura e buracos negros se formam, até que não foi atingido o pico de organização — o que seria a comunicação entre os neurônios nem eram necessárias.

Depois disto, toda a estrutura colapsa, liberando симплексы para as seguintes tarefas, como se fosse um castelo de areia se materializa e, em seguida, divide-se afastado.

"Nós não sabemos o que faz o cérebro, que forma estas cavidades", diz Levy. Mas o que se sabe com certeza é que os neurônios devem ser ativados "fantástico a maneira ordenada", para esses arrogantes estrutura apareceram.

"é evidente que este гиперорганизованная a atividade não é apenas uma coincidência. Isso pode ser a chave para a compreensão de o que acontece quando o cérebro está ativo", diz Levy.

Síncrono caixa de diálogo

Os pesquisadores também descobriram, como os neurônios com as mesmas ou diferentes grupos se comunicam entre si após o estímulo. Tudo depende, se eles estão em высокоразмерных estruturas e em grupos. Imagine dois "desconhecidos" de um neurônio, que se comunicam, diz Нолте. Eles, provavelmente, dizendo um monte de coisas desconexas, porque não se conhecem uns aos outros.

Agora, imagine que, após o estímulo, eles formam высокоразмерные rede. Como o Twitter, esta rede permite que um нейрону ouvir o outro, e eles podem até repetir para os outros. Se ambos são "фолловить" dezenas de outras pessoas, os seus tweets podem ser ainda mais semelhantes, porque os pensamentos dependem da multidão.

"Usando симплексы, não estamos apenas contando o quanto as pessoas comuns, eles фолловят, mas como essas pessoas se relacionam entre si", diz Нолте. Quanto mais interligados dois neurônio — quanto mais симплексов em que elas estão — mais parece que são ativados em resposta a um estímulo.

Isso obviamente mostra a importância da estrutura funcional do cérebro: a estrutura determina a aparência correlacionada atividade, diz Levy.

Estudos Anteriores mostraram que a estrutura física dos neurônios e das sinapses afeta o padrão de atividade; agora sabemos que aqui também são importantes para sua comunicação em "высокоразмерном espaço".

No futuro, a equipe espera entender como esses complexos, abstratos de rede determinam o nosso pensamento e comportamento.

"É como procurar um dicionário que traduz perfeitamente o estranho idioma para outro idioma, que nos conhece bem, mesmo se não estamos completamente o entendimento de todos os textos são escritos nessa língua", diz Levy.

É hora de decifrar essas histórias, acrescenta o cientista.