科學新知/人類大腦超複雜 竟有11維幾何空間

  • 人類大腦具有11維幾何空間。

    人類大腦具有11維幾何空間。

大陸新聞中心/綜合報導

人類大腦是最複雜的結構之一,科學家仍需揭曉更多關於大腦的謎團。目前,最新一項研究顯示,人類大腦布滿一種多維結構,該結構可使大腦在11維空間正常運轉。同時,理解大腦多維結構將幫助我們揭開記憶是如何形成的。

根據快科技報導,這項研究使用複雜電腦模型理解大腦細胞如何自己組織起來,完成複雜的任務。瑞士『藍腦計劃』主管、神經系統科學家亨利·馬克拉姆(Henry Markram)說:『我們發現一個我們從未想過的世界,大腦中存在數千萬個幾何結構,它們可達到7維空間,甚至對於一些幾何結構,可以達到11維空間。』

當叫做神經元的大腦細胞組形成複雜幾何結構時,科學家稱它們為『團(clique)』。每一個神經元與鄰近神經元以特殊方式建立連接,從而形成具有複雜互連的幾何結構。越來越多的神經元加入『團』,從而使該幾何結構增添更多的維度。

三維是指高度、寬度和深度,現實生活中任何物體都具有三維結構。目前,這項研究發現大腦的維度空間可達到5、6、7,甚至是11維。比利時魯汶大學塞斯·範·李文(Cees van Leeuwen)教授說:『超過物理範圍之外,高維數空間被經常用於描述複雜資料結構或者系統狀況,例如:狀態空間中動力系統的狀態。』

大腦空間僅是該幾何結構所有自由度的結合體,其狀態描述自由度的價值實際上是可以假設的。研究人員使用一種叫做『代數拓撲』的數學模型,確定軟體建立的虛擬大腦中的幾何結構位置。為了測試這一模型,研究人員之後在真實大腦組織上進行了實驗,他們發現虛擬大腦能夠刺激形成漸進較高維數的結構,在這些結構之間是多面性洞狀結構。

英國阿伯丁大學拉恩·李維(Ran Levi)說:『當大腦處理資訊時,高維洞狀結構的出現,意味著大腦神經元網路以非常有組織的方式回應刺激。這就好像大腦對刺激的反應是建立之後消除一個多維塔狀積木,最開始是使用條棒(1維),之後使用平板(2維),再之後使用方塊(3維),之後更複雜的幾何結構具有4維、5維等。

通過大腦的活躍進程類似於一個多維度沙塔,它是在沙堆上建立,之後瓦解散落在沙堆之中。目前研究人員面臨的最大問題是,我們所進行任務的複雜性,是否依賴於大腦建立的多維沙雕的複雜程度。

同時,神經系統科學家也努力探索大腦存儲記憶的區域,馬克拉姆教授說:『大腦記憶區域很可能「隱藏」在高維洞狀結構之中。』

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