Naukowcom ze Szwajcarii, wraz z ekspertami IBM, udało się odkryć struktury w ludzkim mózgu, które istnieją nie tylko w czterech lub pięciu wymiarach, ale nawet w jedenastu wymiarach. Korzystając z takich wielowymiarowych struktur, nasz mózg przetwarza napływające informacje.

Eksperci ze Szwajcarskiego Uniwersytetu Technologicznego w Lozannie i ich koledzy z IBM modelują ludzki mózg od ponad dziesięciu lat. W 2015 roku udało im się stworzyć model niewielkiego fragmentu wrażliwego układu mózgowego, którego objętość nie przekracza 0,3 mm³. Takie jednostki funkcjonalne nazywane są kolumnami kory nowej, w których synapsy między neuronami są znacznie silniejsze niż w przypadku neuronów poza tym regionem. Aby stworzyć model, naukowcy musieli zbadać i opisać osiem milionów połączeń między komórkami nerwowymi oraz zarejestrować aktywność 14 000 neuronów.

Aby opisać kształt pojedynczej kolumny, badacze wykorzystali wyniki uzyskane kilka lat temu oraz nowo odkryte schematy. I wymyślili coś bliższego science fiction; naukowcom udało się odkryć struktury w mózgu, które istnieją w 4. lub 5. wymiarze, niektóre już w 11. wymiarze.

Jest całkiem oczywiste, że ludzkie oko nie jest w stanie zobaczyć tych struktur. Zostały odkryte za pomocą topologii algebraicznej, gałęzi matematyki, której równania umożliwiają opisanie obiektów w przestrzeni, które istnieją w wielu wymiarach.

W opublikowanym artykule omówiono powstawanie wielowymiarowych struktur w tych przypadkach, w których neurony łączą się ze sobą w określony sposób. O kształcie ich grupowania decyduje rozmieszczenie neuronów. Im więcej komórek nerwowych w strukturze, tym bardziej złożony jest jej kształt.

Według neurologa kierownika projektu Blue Brain Henry Markrama, w małym kawałku mózgu znajdują się dziesiątki milionów takich wielowymiarowych obiektów. Odkrycie tych wielowymiarowych formacji wyjaśnia, dlaczego do tej pory badanie mózgu i stworzenie modelu było tak trudne.

Badacze wykorzystali narzędzia matematyczne, które nie były przystosowane do struktur wielowymiarowych. Dzięki Ran Levi z University of Aberdeen w Szkocji i Kathryn Hess z Lozanny - dwóm ekspertom od topologii - mają teraz możliwość opisania wielowymiarowych struktur neuronowych.

Po otrzymaniu bodźca, mózg zaczyna budować strukturę złożoną z kostek, prętów i powierzchni oraz bardziej złożonych jednostek wielowymiarowych. Rozpadają się w tym samym tempie, z jakim są budowane, a wszystkie te procesy przebiegają według ścisłej kolejności.

Dzisiaj naukowcy stają przed pytaniem, czy podobne struktury neuronowe są związane z przechowywaniem informacji w naszych pamięciach i czy ich złożoność zależy od złożoności przyszłych zadań.