Sie wissen vielleicht nicht, dass eine Studie der EPFL aus Lausanne, Schweiz (veröffentlicht seit einiger Zeit am Grenzen der Computational Neuroscience) zeigte, dass menschliche Gehirnstrukturen bis zu 11 Dimensionen umfassen.
„Wir haben eine multidimensionale Welt gefunden, die wir uns nie vorgestellt haben“, erklärt der Neurowissenschaftler Henry Markram, Direktor des Blue Brain Project (das die Forschung durchführte) und Professor an der EPFL.
Ein multidimensionales Universum im Gehirn
Die Bilder versuchen, etwas jenseits der Vorstellungskraft zu vermitteln: ein Reich multidimensionaler Strukturen und Orte. Links ist eine digitale Nachbildung eines Teils des Neokortex, der am weitesten entwickelten Region des Gehirns. Formen von 1 bis 7 Dimensionen und darüber hinaus. Das "Schwarze Loch" in der Mitte symbolisiert einen Komplex multidimensionaler Räume oder Hohlräume.
In der Studie zeigten die Forscher, dass die in diesen Hohlräumen enthaltenen Neuronennetzwerke das fehlende Bindeglied zwischen neuronaler Struktur und Funktion darstellen.
„Es gibt Hunderte Millionen dieser Objekte, sogar an einem kleinen Ort im Gehirn, bis zu sieben Dimensionen. Wir haben in einigen Netzwerken Strukturen bis zu elf Dimensionen entdeckt“, sagte Markram.
Die Mathematik war nicht genug
Traditionelle mathematische Ansichten sind laut diesen Studien des menschlichen Gehirns nicht haltbar und ineffektiv. "Die Mathematik, die normalerweise auf Studiennetzwerke angewendet wird, kann die multidimensionale Struktur, die wir jetzt sehen, nicht erkennen", sagte Markram.
Stattdessen entschieden sich die Wissenschaftler für die algebraische Topologie. Es ist ein Zweig der Mathematik, der Werkzeuge der abstrakten Algebra verwendet, um topologische Räume zu untersuchen. Bei der Studie wurden Wissenschaftler des Blue Brain Project von Mathematikern unterstützt Kathrin Heß der EPFL und Ran Levi der Universität Aberdeen.
„Die algebraische Topologie ist wie ein Teleskop und ein Mikroskop zugleich. Es kann in Netzwerke hineinzoomen, um zuvor nicht erkennbare Strukturen aufzudecken. Kurz gesagt, in einem metaphorischen Wald kann er sowohl Bäume als auch leere Flächen (Lichtungen) sehen “, fügte Professor Hess hinzu.
Das multidimensionale menschliche Gehirn kann Strukturen mit bis zu 11 Dimensionen erstellen
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Gehirnstrukturen entstehen, wenn eine Gruppe von Neuronen – Zellen, die Signale im Gehirn übertragen – etwas namens bilden Clique. Jedes Neuron ist eindeutig mit jedem anderen Neuron in der Gruppe verbunden, wodurch ein neues Objekt entsteht. Je mehr Neuronen es in einer Clique gibt, desto größer die "Größe" des Objekts.
Wissenschaftler konnten mit Hilfe von Computern ein virtuelles Gehirn bauen und dann seine Strukturen mithilfe algebraischer Topographie modellieren. Später führten sie Experimente mit echtem Gehirngewebe durch, um die Ergebnisse zu bestätigen. Die Forscher entdeckten Hohlräume zwischen den Cliquen, indem sie dem virtuellen Gehirn Reize hinzufügten.
„Das Erscheinen jeder multidimensionalen Kavität, wenn das Gehirn Informationen verarbeitet, bedeutet, dass die Neuronen im Netzwerk hochgradig organisiert auf Reize reagieren“, erklärte Levi.
Es ist, als ob das Gehirn auf einen Reiz reagiert, indem es einen Turm aus mehrdimensionalen Blöcken baut und dann zerstört, beginnend mit Stäben (1D), dann Tischen (2D), dann Würfeln (3D) und dann komplexeren Geometrien mit 4D, 5D, usw. Das Fortschreiten der Aktivität durch das Gehirn gleicht einer multidimensionalen Sandburg, die sich aus dem Sand materialisiert und dann auflöst.
Ran Levi , Universität Aberdeen.
Neue Daten über das menschliche Gehirn bieten beispiellose Einblicke, wie das menschliche Gehirn Informationen verarbeitet.
Wo stehen wir heute?
Die epochale Entdeckung hat der Erforschung der Funktionsweise des Gehirns einen starken Impuls gegeben. Covid hat einiges verlangsamt, aber die Fragen zum „multidimensionalen“ Gehirn sind immer noch alle auf dem Tisch. Wissenschaftler sagten, es sei zum Beispiel noch unklar, wie sich Cliquen und Hohlräume auf ihre ganz spezifische Art und Weise bilden.
Neue Studien (auch geleitet von der immer effektiver werdenden künstlichen Intelligenz) werden Wissenschaftlern dabei helfen, dieses Geheimnisvolle und gleichzeitig das, was es mit sich bringt, zu enträtseln. Zum Beispiel eines der größten Rätsel der Neurowissenschaften: Wo das Gehirn seine Erinnerungen „speichert“. „Vielleicht direkt in einem mehrdimensionalen Hohlraum“, schließt Markram.
