В мозге нашли 11 измерений

Результат более чем десятилетней работы швейцарских ученых и специалистов IBM.

Швейцарские ученые и специалисты IBM нашли в мозге структуры, существующие в четырех, пяти и даже одиннадцати измерениях. Играючи собирая и разрушая башенки из таких структур, мозг обрабатывает входящие сигналы.

Исследователи из IBM и Швейцарского федерального технического института Лозанны уже больше 10 лет работают над моделированием головного мозга человека. В 2015 году им удалось смоделировать один небольшой участок соматосенсорной коры объемом всего 0,3 мм3. Такой участок называется колонкой: нейроны в ней в большей степени связаны друг с другом, чем с внешними нейронами. Чтобы создать модель одной крошечной колонки, ученым пришлось записать активность 14 тысяч нейронов и описать 8 миллионов нейронных связей. Это очень много, и вычислительной мощности суперкомпьютера Blue Gene едва хватило на симуляцию каждой синаптической связи; во всем же человеческом мозге таких связей 1011 – 1013.

На этот раз ученые воспользовались результатами двухлетней давности и новыми моделями, чтобы описать геометрию одной колонки и ее отдельных фрагментов. Результаты работы, опубликованные в журнале Frontiers in Computational Neuroscience, напоминают цитату из фантастического фильма: ученые обнаружили в мозге структуры, существующие в четырех, пяти, а иногда и 11 измерениях.

На самом деле речь в статье идет не о фантастических дополнительных измерениях кроме известных нам трех; слово «dimension» (измерение) здесь – математический термин, означающий количество связей каждого элемента структуры с другими элементами. Представьте пятиконечную звездочку, все вершины которой связаны идущими к другим вершинам лучами. Такая структура – четырехмерна, то есть каждый ее элемент связан с четырьмя другими, но она по‑прежнему существует в трехмерном пространстве – так же как пяти– и даже одиннадцатимерные структуры, каждый элемент которых – нейрон – связан с соответствующим количеством других нейронов. Как правило, мерность структуры из n элементов равна n-1.

Важно отметить, что авторы работы описывали не структуру реального мозга животного, а его математическую модель – очень сложную, состоящую из 31 тысячи нейронов, соединенных 8 миллионами синаптических связей, но все-таки модель; геометрия реального мозга может отличаться от структуры, описанной в статье.

Екатерина Трифонова