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新发现表明,人类大脑可以创造出11维空间

文章来源:admin 更新时间:2019-09-07

有大约860亿个神经元,人类大脑是自然界中最复杂的结构,我们仍然无法完全理解。北京快3投注网站
自2017年以来,神经科学家已经改进了一种描述我们大脑结构的经典数学方法。该方法显示大脑充满了在11维空间中操作的多维几何结构。
我们经常假设世界只有3个维度(长度,宽度,高度),因此很难描述11维结构。然而,这项研究可能是理解人类大脑的下一个重要步骤 - 我们所知道的最复杂的结构。
 
最复杂的自然结构
由瑞士蓝脑项目研究人员组成的团队描述的大脑数学模型,致力于构建基于人类大脑的超级计算机。
 
该团队使用代数拓扑,这是一个数学分支,用于描述对象和空间的属性,无论它们如何改变形状。
 
他们发现神经元群连接成簇,群集中神经元的数量决定了群集的维数(数学,而不是空间或时间)。北京快3投注网站
 
瑞士EPFL研究所的神经科学家亨利马克拉姆说:“我们在没有人想象之前找到了这个世界。”在一小块神经元中有数千万个神经元簇。大脑,尺寸高达7维。在某些网络中,我们甚至可以找到11维结构。“
 
这不是空间的维度(我们的宇宙具有三个空间维度加上一个时间维度),而是指神经元群集彼此连接的方式的数量,每个维度是一维的。
 
“基于完全相关的神经元群分析神经网络。这些组中的每一组都称为集群,大脑中的这些集群之间存在链接。群集中的神经元数量决定了它的大小,换句话说就是它的维度,“该团队解释说。
 
人类大脑估计有大约860亿个神经元,神经元连接在神经网络的方向上生长,使我们能够思考和理解。
 
由于连接数量庞大,我们仍然无法完全理解大脑是如何工作的。然而,数学模型可以帮助我们创建一个模仿我们自己大脑的“数字”大脑。
 
为了测试数学模型的准确性,该团队使用了Blue Brain Project在2015年发布的详细皮层模型。大脑皮质可以说是我们大脑中最发达的部分并且与之相关涉及一些更高阶的功能,如感知和感觉。
 
在开发了数学模型并对大量计算机模拟进行实验后,该团队证实了他们的结果对小鼠脑组织的真实性。据他们说,数学和模拟工具让我们可以看到单个神经元的细胞水平和整个大脑结构。
 
通过数学模拟,团队可以看到集群之间的联系以及他们在大脑中的差距。“我们发现了大量的多维组和孔,这在神经网络中从未见过,无论是生物学的还是人工的,”该团队说。
 
“代数拓扑就像显微镜和望远镜结合成一体,”来自EPFL的数学家Kathryn Hess说,“它可以深入探究隐藏在里面的微小结构,就像树上的每片叶子,间隙,较大的结构。“
 
实现信息
大脑中的差距可以发挥非常重要的作用。当科学家进行数值模拟时,他们发现神经元以非常有组织的方式对这些空隙做出反应。
 
“这就像我们的大脑通过创建许多描述该信号的多维结构来响应信号,然后摧毁这些结构。多维块以杆(1维)开始,然后是平面(2D),形状(3D),更复杂的几何与4D,5D,...“,来自苏格兰阿伯丁大学的数学家Ran Levi说。
 
“大脑的工作方式就是不断建立一个多维的”沙堡“,一种实现信息,然后处理和销毁信息的方式。这个过程一再重复,”他说。
 
这些发现为大脑如何处理信息提供了一个迷人的新图景,但研究人员指出,仍然不清楚是什么驱动了集群和漏洞。
 
确定由我们的神经元形成的多维几何结构的复杂性将需要更多的工作,这些结构对应于各种认知任务的复杂性,但是这里绝对是了解人类“灵魂” - 大脑的新一步。

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