Человеческий мозг - это целая Вселенная.
И это не строка из поэмы, а научное открытие. Итальянские ученые действительно нашли много общего между человеческим мозгом и Вселенной.
Две сложнейшие природные системы, оказывается, живут и действуют по одним и тем же законам. К открытию подтолкнуло сходство нейронных сетей человеческого мозга и сети, которую образуют космические галактики. Нейроны и галактики располагаются в виде длинных нитей и узлов и составляют только 30 процентов массы, а 70 процентов приходятся на нейтральные элементы. В мозге – это вода. А во Вселенной – темная материя. Но и это еще не все.
Распределение колебаний в нейронной сети мозжечка следует той же прогрессии, что и распределение материи в космической паутине. Ученые вывели еще доказательство сходства двух самых загадочных систем. Такое открытие может пригодиться и в нейрохирургии, и в космологии.
Одна интересная особенность Вселенной состоит в том, что определенные формы и узоры встречаются в совершенно разных контекстах: так, спираль Фибоначчи можно увидеть в ушной раковине человека и в форме спиральной галактики; фрактальная геометрия кровеносных сосудов встречается и в разветвлениях молний.
В мозжечке человека около 69 миллиардов нейронов; наблюдаемая космическая паутина содержит более 100 миллиардов галактик. Обе системы организованы в четко определенные сети с узлами (нейронами в мозгу, галактиками во Вселенной), соединенными филаментами.
И нейроны, и галактики имеют типичный радиус, составляющий лишь часть длины филаментов. А поток информации и энергии между узлами составляет всего около 25% энергосодержания каждой системы.
Срез мозжечка при 40-кратном увеличении (слева) и симуляция космической паутины со стороной 300 световых лет (справа). Фото: Болонский университет
Кроме того, обе системы продемонстрировали тенденцию к объединению соединений в кластеры вокруг центральных узлов. И обе, похоже, обладают схожей информационной емкостью. Недавнее исследование предполагает, что память человеческого мозга составляет около 2,5 петабайт. Другое недавнее исследование, проведенное Франко Ваццой, предполагает, что объем памяти, необходимый для хранения структуры всей Вселенной, составляет около 4,3 петабайта.
«Вероятно, взаимосвязь внутри двух сетей развивается по схожим физическим принципам, несмотря на поразительную и очевидную разницу между физическими силами, регулирующими галактики и нейроны», — заключил Альберто Фелетти.
Мозг человека настолько мощный, что даже разумные компьютеры — нейронные сети — делают по образу и подобию человеческого мозга. Поэтому определение принципов работы нашего мозга, всех его множественных процессов, продолжает оставаться предметом многочисленных исследований. Исследование группы ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) раскрыло новую информацию о внутренней работе мозга и может изменить наше понимание того, как происходит обучение.
В основе исследования изучалась определенная часть нейронов — дендриты. Дендриты — это длинные, похожие на ветви структуры, которые соединяются с округлым клеточным телом под названием сома. Дендриты, как полагали, выступают только в роли проводников, которые передают вспышки электрической активности из тела клетки другим нейронам. Но исследование UCLA показало, что дендриты могут вырабатывать собственные электрические всплески — и делают это в 10 раз чаще, чем считалось раньше.
«В нейронауке есть распространенное убеждение, что нейроны являются цифровыми устройствами. Они либо генерируют всплеск, либо нет. Эти результаты показывают, что дендриты ведут себя не просто как цифровое устройство. Дендриты действительно генерируют цифровые всплески по типу «все или ничего», но, помимо этого, они демонстрируют большие аналоговые флуктуации, которые отходят от этого типа. Это серьезный камень в огород неврологов, которые около 60 лет придерживались такой точки зрения».
Так как дендриты составляют более 90% нервной ткани — примерно в 100 раз больше по сравнению с сомами — это может означать, что человеческий мозг имеет в 100 раз большую емкость, чем считалось ранее.
В конечном счете это исследование может помочь медицинским специалистам разработать новые способы лечения неврологических расстройств. Исследование также может пролить свет на то, как действительно происходит обучение.
«Многие предыдущие модели предполагают, что обучение происходит, когда клеточные тела двух нейронов активны одновременно. Наши результаты показывают, что обучение может происходить, когда входной нейрон активен одновременно с активным дендритом — и, возможно, разные части дендритов могут быть активны в разное время, что предполагает гораздо большую гибкость обучения, чем в случае с одиночным нейроном».
Учеными было сделано сенсационное открытие, они обнаружили, что человеческий мозг является домом для структур и форм, которые имеют до 11 измерений. Нейробиологи приветствуют это открытие, говоря “мы нашли мир, о котором мы никогда даже не догадывались.”
Математические методы алгебраической топологии помогли ученым найти структуры и многомерные геометрические пространства в сетях мозга.
По мнению экспертов, новое исследование доказало, что человеческий мозг является домом для структур и форм, которые имеют до 11 измерений.
По оценкам, человеческий мозг является домом для ошеломляющих 86 миллиардов нейронов, с несколькими соединениями от каждой клетки в каждом возможном направлении, образуя сверхбольшую клеточную сеть, которая каким-то образом делает нас способными к мысли и сознанию.
Исследователи использовали математические модели алгебраической топологии для описания структур и многомерных геометрических пространств в сетях мозга. В исследовании показано, что структуры формируются в то же время, когда они чередуются в «союзе», который генерирует точную геометрическую структуру.
Используя алгебраическую топологию, ученые смогли смоделировать структуру внутри виртуального мозга, сгенерированную с помощью компьютеров. После этого ученые провели эксперименты на реальной ткани мозга, чтобы проверить результаты.
После того, как ученые добавили стимул (раздражитель) в виртуальную ткань мозга, они обнаружили, что группы постепенно собираются в более большие измерения. Они обнаружили, что между этими группами были пустоты или полости.
“Появление высокоразмерных полостей, когда мозг обрабатывает информацию, означает, что нейроны в сети реагируют на стимулы (раздражители) чрезвычайно организованно.
Как будто мозг реагирует на стимул (раздражитель), строя, а затем разрушая башню из многомерных блоков, начиная с стержней (1D), затем досок (2D), затем кубов (3D), а затем более сложной геометрии с 4D, 5D и т. д. Прогресс активности деятельности мозга напоминает многомерный песчаный замок, который материализуется из песка, а затем распадается.”
В то время как трехмерные формы имеют высоту, ширину и глубину, объекты, обнаруженные экспертами в новом исследовании, не могут быть описаны в трехмерном измерении в нашем мире, но математики, используют для их описания, 5, 6, 7 и до 11 измерений.
“За пределами физики высокоразмерные пространства часто используются для описания сложных структур данных или условий систем, например, состояния динамической системы в пространстве состояний.
Пространство – это просто объединение всех степеней свободы, которые имеет система, и ее состояние описывает ценности, которые фактически принимают эти степени свободы”.
(сборка информации и фотоснимков из сети)