Forskare från Schweiz har tillsammans med IBM-experter lyckats upptäcka strukturer i den mänskliga hjärnan som inte bara finns i fyra eller fem dimensioner utan till och med i elva dimensioner. Med hjälp av sådana flerdimensionella strukturer bearbetar vår hjärna inkommande information.

Experter från det schweiziska tekniska universitetet i Lausanne och deras IBM-kollegor har modellerat den mänskliga hjärnan i mer än ett decennium. År 2015 lyckades de skapa en modell av en liten bit av ett känsligt hjärnsystem, vars volym inte överstiger 0,3 mm³. Sådana funktionella enheter kallas neokortexkolumner, och i dem är synapserna mellan neuroner mycket starkare än med neuroner utanför denna region. För att skapa modellen var forskarna tvungna att undersöka och beskriva åtta miljoner kopplingar mellan nervceller och registrera aktiviteten hos 14 000 neuroner.

För att beskriva formen på en enda kolumn använde forskarna resultat som erhölls för flera år sedan och nyligen upptäckta system. Och de kom med något närmare science fiction; forskare har kunnat upptäcka strukturer i hjärnan som finns i den 4: e eller 5: e dimensionen, vissa så tidigt som den 11: e.

Det är helt uppenbart att det mänskliga ögat inte kan se dessa strukturer. De har upptäckts med hjälp av algebraisk topologi, en gren av matematik vars ekvationer gör det möjligt att beskriva objekt i rymden som finns i flera dimensioner.

Den publicerade artikeln talar om bildandet av flerdimensionella strukturer i de fall där nervceller sammankopplas med varandra på ett specifikt sätt. Formen på deras gruppering bestäms av arrangemanget av neuroner. Ju fler nervceller i strukturen desto mer komplex är dess form.

Enligt Blue Brain-projektledare neurolog Henry Markram finns det tiotals miljoner sådana flerdimensionella föremål i en liten bit av hjärnan. Upptäckten av dessa flerdimensionella formationer förklarar varför det har varit så svårt att undersöka hjärnan och skapa en modell hittills.

Forskare använde matematiska verktyg som inte var anpassade till flerdimensionella strukturer. Tack vare Ran Levi från University of Aberdeen i Skottland och Kathryn Hess från Lausanne - två topologisexperter - har de nu möjlighet att beskriva flerdimensionella neurala strukturer.

Efter att ha fått stimulusstimulans börjar hjärnan bygga en struktur som består av kuber, stavar och fläckar och mer komplexa flerdimensionella enheter. De faller isär i samma takt som de byggs med, och alla dessa processer fortsätter enligt strikt ordning.

Idag står forskare inför frågan om liknande neurala strukturer är relaterade till lagring av information i våra minnen, och om deras komplexitet beror på komplexiteten i de uppgifter som ligger framför oss.