Ελβετική έρευνα: Ο ανθρώπινος εγκέφαλος λειτουργεί σε πολλές διαστάσεις και όχι μόνο σε τρεις!

Οι περισσότεροι άνθρωποι δυσκολεύονται να κατανοήσουν τον κόσμο μας ως μια ενιαία χωροχρονική οντότητα με τέσσερις διαστάσεις: τρεις του χώρου (μήκος-πλάτος-ύψος) και μία του χρόνου. Μπορεί έτσι κανείς να φανταστεί τον πονοκέφαλο που θα προκαλέσει η ανακοίνωση των επιστημόνων πως για πρώτη φορά ανακάλυψαν δομές στον εγκέφαλο με έως 11 διαστάσεις.

Οι νευροεπιστήμονες του ελβετικού Προγράμματος Blue Brain Project, χρησιμοποιώντας πρωτότυπα μαθηματικά (αλγεβρική τοπολογία με τρόπο που δεν είχε ποτέ έως τώρα χρησιμοποιηθεί στη νευροεπιστήμη), έδειξαν ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν λειτουργεί μόνο σε τρεις, αλλά σε πολύ περισσότερες διαστάσεις. Πρόκειται για έναν εντυπωσιακό ισχυρισμό, που φιλοδοξεί να φωτίσει τα πιο βαθιά αρχιτεκτονικά μυστικά του εγκεφάλου.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής έναν από τους κορυφαίους διεθνώς νευροεπιστήμονες, τον καθηγητή Χένρι Μάρκραμ της Ελβετικής Ομοσπονδιακής Πολυτεχνικής Σχολής της Λοζάνης (EPFL) και διευθυντή του Blue Brain Project, που έκαναν τη σχετική ανακοίνωση στο περιοδικό υπολογιστικής νευροεπιστήμη, ανακοίνωσαν ότι αποκάλυψαν ένα σύμπαν πολυδιάστατων γεωμετρικών δομών μέσα στα δίκτυα του εγκεφάλου.

Αυτές οι δομές πολλών διαστάσεων εμφανίζονται, όταν κάθε νευρώνας συνδέεται με άλλους με τέτοιο τρόπο που δημιουργείται ένα ιδιόμορφο γεωμετρικό αντικείμενο. Όσο περισσότεροι νευρώνες εμπλέκονται μαζί στην ίδια κλίκα τόσο αυξάνονται οι διαστάσεις αυτού του γεωμετρικού αντικειμένου.

Βρήκαμε έναν κόσμο που ποτέ δεν είχαμε φανταστεί. Υπάρχουν δεκάδες εκατομμύρια τέτοια αντικείμενα ακόμη και σε μια μικρή κουκκίδα του εγκεφάλου, έχοντας έως επτά διαστάσεις. Σε μερικά εγκεφαλικά δίκτυα, βρήκαμε δομές ακόμη και με 11 διαστάσεις», δήλωσε ο κ. Μάρκραμ.

Όπως είπε, αυτό πιθανώς εξηγεί γιατί είναι τόσο δύσκολο να καταλάβει κανείς τον εγκέφαλο. Είναι προφανές ότι αν ο άνθρωπος δυσκολεύεται αφάνταστα να«πιάσει» τον κόσμο των τεσσάρων διαστάσεων του Αϊνστάιν (το συνεχές του χωροχρόνου), κόσμοι με περισσότερες διαστάσεις γίνονται υπερβολικά πολύπλοκοι ακόμη και για την πιο δυνατή φαντασία.

Η νέα αποκάλυψη κατέστη εφικτή χάρη στη συνεργασία των νευροεπιστημόνων με μαθηματικούς οι οποίοι ειδικεύονται στην αλγεβρική τοπολογία, ένα κλάδο των μαθηματικών που περιγράφει συστήματα με οποιονδήποτε αριθμό διαστάσεων.

Το 2015 το Πρόγραμμα Blue Brain παρουσίασε το πρώτο ψηφιακό αντίγραφο ενός τμήματος του νεοφλοιού, του πιο εξελιγμένου μέρους του εγκεφάλου. Στο πλαίσιο της νέας μελέτης, έγιναν -με τη βοήθεια της αλγεβρικής τοπολογίας- πολλαπλά τεστ στον ψηφιακό εγκεφαλικό ιστό, τα οποία έδειξαν ότι οι πολυδιάστατες δομές του εγκεφάλου που ανακαλύφθηκαν, αποκλείεται να δημιουργήθηκαν κατά τύχη.

Ακολούθησαν πειράματα σε πραγματικό εγκεφαλικό ιστό στο EPFL, που επιβεβαίωσαν ότι ο εγκέφαλος συνεχώς «ανακαλωδιώνεται στη διάρκεια της ανάπτυξής του για να δημιουργήσει ένα δίκτυο με όσο γίνεται περισσότερες δομές που έχουν πολλές διαστάσεις.

Εδώ και χρόνια οι νευροεπιστήμονες πασχίζουν να βρουν πού ο εγκέφαλος αποθηκεύει τις αναμνήσεις του. Όπως είπε ο κ. Μάρκραμ, αυτές μπορεί τελικά να κρύβονται σε κοιλότητες ανάμεσα στις ανώτερες διαστάσεις

Ο φιλόδοξος στόχος του Blue Brain Project είναι να δημιουργήσει -με τη βοήθεια υπερυπολογιστή- ακριβείς ψηφιακές αναπαραστάσεις και προσομοιώσεις του εγκεφάλου των τρωκτικών και στη συνέχεια του ανθρώπου.

Σύνδεσμος για την επιστημονική δημοσίευση:

http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fncom.2017.00048/abstractΑ

ΑΠΕ-ΜΠΕ