人脑中存在“多维宇宙”,最高可达11维?

原标题:人脑中存在“多维宇宙”,最高可达11维?

一项新研究显示,人脑中错综交织的复杂结构也许是理解该器官运作原理的关键。它甚至有望解开记忆存储之所的谜团。

人脑是自然界中最复杂的结构之一,但我们距离对人脑的充分认识尚有一段距离。蓝脑计划的一组研究人员就使用复杂计算机模型,使我们距这个目标更近了一步。

按照该项目一个最新模型的描述,人脑是由“多维度的几何结构和空间”构成的。

“我们发现了一个始料未及的世界。”神经科学家亨利·马克拉姆(Henry Markram)说,他是蓝脑计划的负责人,也是瑞士洛桑联邦理工学院教授。

“在一颗微尘大小的脑组织中,这样的对象存在着几千万个,最高可构成七个维度。在一些网络中,我们还发现了最高11个维度的结构。”

一旦一组神经元——负责传输信号的脑细胞——形成神经元“团”(clique),这些结构就形成了,每个神经元都以特定方式,与团内其他神经元一一连接,以形成新的对象。

一个神经元团中的神经元越多,对象的“维度”就越多。

必须要强调,这些结构并不存在于三维以外的空间之内。超过三个维度的,其实是它们的数学描述。

“除物理学以外,高维度空间还常常被用来描述复杂的数据结构,或是系统状况,比如,状态空间内一个动态系统的状态。”该论文评审、比利时天主教鲁汶大学教授塞斯·冯·莱文(Cees van Leeuwen)说道。

“这个空间不过是系统具有的所有自由度的并集,其状态描述了这些自由度的实际取值。脑部活动的推进类似于一个多维度的沙堡:先是从沙子中逐渐成形,继而又解体。”

——冉·列维,阿伯丁大学

“面对像人脑这样的复杂网络,我们会把它与熟悉的对象联系起来,以便理解它的运作。”论文参与者、阿伯丁大学的冉·列维(Ran Levi)说。“否则,你只能看见一团乱麻,即看似随机的神经元放电现象。”

“我们拿到人脑网络的复杂结构,将其映射到我们的宇宙之中。这样就能提炼出精确定义的高维对象,并由此切入,以理解它的结构与功能。”

团队用到了一个名为“代数拓扑”的数学分支,以此在一个虚拟大脑内部,给这些结构建模,然后在真实脑组织中做实验,以验证结果。

当研究人员对虚拟脑组织施加刺激时,神经元团便开始形成,且维度越来越多。团与团之间存在着一些空洞,又称“空腔”。

“人脑在处理信息时会出现高维度空腔,这意味着,网络中的神经元对刺激的响应是极为井然有序的。”列维说。

“大脑响应刺激的方式,仿佛是在搭建一个多维块体组成的高塔,然后又将其推倒。从杆(一维)搭起,继而是木板(二维),再是方块(三维),接着是四维、五维等更加复杂的几何体。脑部活动的进程类似于一个多维度的沙堡:先是从沙子中逐渐成形,继而又解体。”

下一步是探究这些结构在人脑中扮演的实际角色。比如,神经科学中还有一个难解之谜:记忆究竟存于何处?而那些空腔可能是答案之一。

“它们也许就‘躲’在高维度的空腔内。”马克拉姆推测说。

该研究发表于《前沿计算神经科学》(Frontiers in Computational Neuroscience)期刊。

翻译:雁行

来源:Wired

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