Çoğu insan için dördüncü boyutu anlamak bile, hayal gücünü zorlasa da yeni yapılan bilimsel bir araştırma beyindeki ağ yapılarının 11 boyuta kadar çıkabileceğini gösteriyor. Yeni yapılan bu devrimsel çalışma sayesinde beynin en derin yapısal gizemleri aydınlatılabilecek.
Cebirsel topoloji bugüne kadar nörobilimde hiç kullanılmamıştı. İşte Blue Brain Projesi ekibi beyin ağlarının çok boyutlu evrensel geometrik yapılarını ve boşluklarını açığa çıkardı.
Frontiers in Computational Neuroscience dergisinde yayınlanan araştırma, her nöronun nasıl bir diğer nörona bağlanarak, çok spesifik bir yolla kesin bir geometrik cismi nasıl ürettiğini ortaya koyuyor. Gruptaki nöron sayısı arttıkça, geometrik cismin boyutu da yükseliyor.
“Hayal bile edemeyeceğimiz bir dünya bulduk. Beynin ufacık bir noktasında bile, 7 boyuta çıkabilen bu nesnelerden on milyonlarca var. Bazı ağlarda ise bu yapılar 11 boyuta çıkabiliyor,” diyor Blue Brain Projesi direktörü Prof. Henry Markram.
“Bu çeşit çalışmalarda uygulanan matematik, bizim gördüğümüz berraklıkta, yüksek boyutlu yapıları göremiyor.”
Çok Boyutlu Yapıları Açıklamak İçin Cebirsel Topoloji
4 boyut bile hayal gücümüzü zorlarken, 5,6 ve hatta daha fazla boyut çoğumuz için oldukça kompleks. İşte bu aşamada cebirsel topoloji devriye girerek, herhangi bir boyutu tanımlayabiliyor. Bu çalışmanın cebirsel topolojisi ise EPFL’den Kathryn Hess ve Aberdeen Üniversitesi’nden Ran Levi tarafından yapıldı.
“Cebirsel topoloji aynı anda hem teleskop hem de mikroskop kullanmaya benziyor. Aynı anda ağlardaki gizli yapılara da bakabilirsiniz – ormandaki ağaçlar gibi — ya da boşlukları – ağaçsız alanları aynı anda görebilirsiniz,” diyor Hess.
2015 yılında, Blue Beyin neokorteksin ilk dijital kopyasını yayınladı ki, bu beyni duyular, hareketler ve bilinçle en çok evrilen kısmı. Son araştırmada, cebirsel topoloji kullanarak, sanal beyin dokusu üzerinde çoklu testler yapılarak bugüne kadar şans eseri bile tespit edilemeyecek çok boyutlu beyin yapıları keşfedildi.
Sonrasında deneyler Blue Brain’in ıslak laboratuarında gerçek beyin dokusu üzerinde gerçekleştirildi. Sanal doku ile gerçek doku arasında biyolojik olarak ilişki olduğu ve ayrıca beynin sürekli bu gelişim aşamasında yeniden bağlanarak mümkün olduğunda çok yüksek boyutlu yapılar ortaya çıkardığını gösterdi.
Araştırmacılar sanal beyin dokusuna uyaran verdiğinde, gruplar progresif bir şekilde birleşerek anlık olarak en yüksek boyut deliklerine yaklaştılar yani araştırmacıların bahsettiği boşluklara. “ Yüksek boyutlu boşlukların görünmesi, beynin nöron ağlarının uyarımı ile bilgiyi işlemesiyle en üst organize olma durumudur.
Beyin uyaranla reaksiyona girdiğinde; çubuklardan(1D),desteklere(2d),küplere ve sonra da çok daha kompleks 4D, 5D gibi cisimlere dönüşüyor. Bu aktivite prosesi çok boyutlu kumdan kalelere benziyor, sonrasında kumun ayrışması gibi yeniden çözünüyor”, diyor Levi.
Araştırmacıların asıl büyük sorusu ise, görevlerin karmaşıklığının, bu çok boyutlu kum kalelerinin karmaşıklığına bağlı olup olmadığıdır. Bugün nörobilimin anlamakta zorlandığı konulardan biri olan beynin anıları nerede depoladığına dair gizem, belki de bu gizlenen çok boyutlu boşluklardan geçmektedir.
Referans:
Michael W. Reimann, Max Nolte, Martina Scolamiero, Katharine Turner, Rodrigo Perin, Giuseppe Chindemi, Paweł Dłotko, Ran Levi, Kathryn Hess, Henry Markram. Cliques of Neurons Bound into Cavities Provide a Missing Link between Structure and Function. Frontiers in Computational Neuroscience, 2017; 11 DOI: 10.3389/fncom.2017.00048
Kaynak:
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170612094100.htm