Ученым из Швейцарии совместно со специалистами IBM удалось обнаружить в человеческом мозге структуры, которые существуют не только в четырех или пяти, но и в одиннадцати измерениях. При помощи подобного рода структур мозг обрабатывает получаемые сигналы.

Более десятка лет исследователи Швейцарского федерального технического института (Лозанна) и их коллеги из IBM занимаются моделированием человеческого головного мозга. В 2015 году они сумели создать модель небольшой участок соматосенсорной коры, объем которой не превышал 0,3 мм³. Участок подобного рода называют колонкой: в ней нейроны связаны между собой гораздо сильнее, чем с внешними нейронами. Для создания модели одной маленькой колонки исследователи были вынуждены описать восемь миллионов нейронных связей и записать активность 14 тысяч нейронов. Это очень большое количество, поэтому мощностей суперкомпьютера с большим трудом хватило для симуляции каждой из синаптических связей, а ведь в мозге человека таких связей 10 11 – 10 13.

В данном случае, для описания геометрии одной колонки и ее отдельных фрагментов, исследователи использовали результаты, полученные несколько лет назад и новые модели. Полученные результаты больше напоминают фантастические фильмы – в головном мозге исследователям удалось обнаружить некоторые структуры, которые существуют в 4-5, а иногда и в 11 измерениях.

Вполне очевидно, что человеческий глаз просто не в состоянии увидеть такие структуры: их удалось обнаружить с помощью методов алгебраической топологии – математического раздела, уравнения которого дают возможность описывать те объекты и пространства, которые существуют во множестве измерений.

В опубликованной в одном из специализированных изданий статье говорится о том, что возникновение многомерных структур происходит в том случае, если нейроны связываются между собой особым образом; геометрия объекта задается порядком связей. И чем больше таких связей, тем геометрия сложнее.

По словам нейробиолога Генри Маркама, участника Blue Brain Project, в небольшом кусочке мозга таких многомерных объектов десятки миллионов. По его мнению, благодаря открытию многомерных структур можно объяснить, как сложно было моделировать и изучать мозг.

Ученые воспользовались математических аппаратом, не рассчитанным на проведение манипуляций с такими многомерными структурами. Но в настоящее время ученые могут работать с ними. Исследователи получили возможность описывать многомерные нейронные структуры благодаря Рана Леви из университета Абердина и Кэтрин Гесс из Лозанны – двум специалистам по топологии.

Исследователи сумели описать участие в работе головного мозга многомерных структур. После получения сигнала-стимула мозг начинает выстраивать последовательности из объектов увеличивающейся сложности: кубиков, палочек и плоскостей, а также боле сложных многомерных объектов, которые вместе формируют сложные структуры, рассыпающиеся с такой же скоростью, как и образуются. Все эти процессы строго упорядочены.

В настоящее время перед учеными стоит задача отыскать ответы на другие вопросы о работе подобных конструкций: принимают ли участие нейронные сооружения подобного рода в хранении памяти и зависит ли сложность структуры от сложности поставленной задачи.