جهان چند بُعدی در شبکه های مغز

بیگ بنگ: دانشمندان با استفاده از محاسبات پیچیده ریاضی در علم عصب شناسی، جهانی از فضاها و ساختارهای هندسی چند بُعدی را در شبکه های مغز شناسایی کردند.

این تصویر در صدد نشان دادن چیزی است که نمیتوان از آن عکس برداری کرد؛ جهانی از فضاها و ساختارهای چند بعدی. در سمت چپ، نسخه ای دیجیتال از یک بخش نئوکورتکس را مشاهده می کنید که تکامل یافته ترین بخش مغز به شمار می آید. در سمت راست، اشکالی با ویژگی های هندسی و اندازه های مختلف می بینید که ساختارهایی با یک تا هفت بُعد و فراتر از آن را به تصویر می کشد. سیاهچاله موجود در مرکز برای نشان دادن مجموعه ای از فضاهای چند بعدی استفاده شده است.

به گزارش بیگ بنگ، برای بیشتر افراد، درک جهان های چهار بُعدی دشوار است و ارتباط با تخیل انسان دارد؛ ولی مطالعه جدید از وجود ساختار هایی در مغز با یازده بعد پرده برداشته است؛ دستاورد ارزنده ای که درصدد پی بردن به پوشیده ترین رازهای معماری مغز می باشد. تیمی از محققان در “پروژه مغز آبی” با استفاده از توپولوژی جبری به شیوه ای که قبلا در عصب شناسی کاربردی نداشته است، جهانی از فضاها و ساختارهای هندسی چند بعدی در شبکه های مغز شناسایی کرده اند. تحقیق آنان نشان می دهد که این ساختارها زمانی پدید می آیند که گروهی از سلول های عصبی دسته ای را تشکیل بدهد: هر سلول عصبی به شیوه ای کاملا خاص با سایر سلول های عصبی ارتباط برقرار می کند که در اثر آن یک شیء هندسی دقیقی به وجود می آید. هر چه تعداد سلول های عصبی در این دسته زیاد باشد، بعد شیء هندسی رو به افزایش می گذارد.

هنری مارکرام، دانشمندان علوم عصبی، مدیر پروژه “مغز آبی” و استاد مرکز EPFL در لوزان سوئیس اظهار کرد: ما به جهانی دست یافته ایم که هرگز تصورش را نمی کردیم. صدها میلیون از این شیء های هندسی حتی در بخش های کوچک مغز وجود دارد که تا هفت بعد را دربر می گیرند. ما در بعضی از شبکه های مغز به ساختار هایی با یازده بعد نیز دست پیدا کرده ایم. مارکرام بیان می کند که این یافته میتواند توضیح دهد چرا پی بردن به ساختار مغز اینقدر دشوار بوده است: محاسبات ریاضی انجام شده برای مطالعه شبکه های مغز قادر به شناسایی فضاها و ساختارهای چند بعدی نیست؛ ما اکنون این ساختارها را به وضوح می بینیم.

درک جهان هایی با پنج و شش بُعد یا حتی بیشتر از آن برای انسان بسیار سخت است. در اینجاست که توپولوژی جبری وارد عمل می شود: شاخه ای از علم ریاضی که میتواند سیستم هایی را با هر تعداد بعد توضیح بدهد. ریاضیدان هایی که از توپولوژی جبری برای مطالعه شبکه های مغز در پروژه مغز آبی استفاده کردند، کاترین هس از مرکز EPFL و ران لوى از دانشگاه آبردین بودند.

کاترین هس اینگونه توضیح می دهد: توپولوژی جبری مانند یک تلسکوپ و حتی میکروسکوپ است؛ میتواند درون شبکه زوم کند تا ساختارهای پنهان را شناسایی کرده(مثل درختان جنگل) و فضاهای خالی را ببیند. در جدید ترین تحقیقات با استفاده از توپولوژی جبری، آزمایشات متعددی در بافت مغزی مجازی به انجام رسید تا نشان داده شود ساختارهای چند بعدی مغز بصورت تصادفی ایجاد نشده اند. سپس آزمایش هایی بر روی بافت واقعی مغز در آزمایشگاه مغز آبی واقع در شهر لوزان سوئیس انجام شد تا بر اکتشافات اولیه صحه گذاشته شود. مغز بطور پیوسته دستخوش تغییراتی می شود تا شبکه ای با ساختارهای چند بعدی ایجاد کند.

وقتی محققان محرکی را در مقابل بافت مغزی مجازی قرار دادند، توده های چند بُعدی بطور آنی کنار هم جمع شدند تا حفره های چند بُعدی را احاطه کنند؛ محققان این حفره ها را “فضای خالی” می نامند. لوى گفت: ظهور فضاهای خالی چند بعدی در زمان پردازش اطلاعات توسط مغز به این معناست که سلول های عصبی موجود در شبکه‌ بطور کاملا سازماندهی شده ای نسبت به محرک واکنش نشان می دهند؛ گویی مغز با ایجاد برجی از بلوک های چند بعدی به محرک واکنش نشان می دهد. این واکنش بصورت میله ای(یک بعدی)، تخته ای (دو بعدی)، مکعبی (سه بعدی) و اشکال هندسی پیچیده تری با چهار و پنج بعد یا حتی بیشتر رخ می دهد. تداوم این فعالیت از طریق مغز به یک دژ شنی چند بعدی شباهت دارد که با شن به وجود آمده و سپس دچار فروپاشی می شود.

حالا سؤال بزرگی که محققان می پرسند این است که آیا پیچیدگی کارهایی که ما میتوانیم انجام دهیم به پیچیدگی دژ های شنی چند بعدی مغز بستگی دارد یا خیر. علم عصب شناسی درصدد یافتن محل ذخیره سازی خاطرات توسط مغز بوده است. گمان مارکرام بر این است که شاید خاطرات در این حفره های چند بعدی پنهان شده باشند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Frontiers in Computational Neuroscience منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencedaily.com

image_pdfimage_print
(15 نفر , میانگین : 4٫87 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=67581
منصور نقی لو

منصور نقی لو

کارشناسی مترجمی زبان انگلیسی. علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فرگشت، اکتساب زبان اول، یادگیری زبان دوم و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *