Wetenschappers uit Zwitserland zijn er samen met IBM-experts in geslaagd structuren in het menselijk brein te ontdekken die niet alleen in vier of vijf dimensies bestaan, maar zelfs in elf dimensies. Met behulp van dergelijke multidimensionale structuren verwerken onze hersenen binnenkomende informatie.

Experts van de Swiss University of Technology in Lausanne en hun IBM-collega's modelleren al meer dan een decennium het menselijk brein. In 2015 slaagden ze erin om een ​​model te maken van een klein stukje van een gevoelig hersensysteem, waarvan het volume niet groter is dan 0,3 mm³. Dergelijke functionele eenheden worden neocortex-kolommen genoemd en daarin zijn de synapsen tussen neuronen veel sterker dan bij neuronen buiten dit gebied. Om het model te maken, moesten de onderzoekers acht miljoen verbindingen tussen zenuwcellen onderzoeken en beschrijven en de activiteit van 14 neuronen registreren.

Om de vorm van een enkele kolom te beschrijven, gebruikten de onderzoekers resultaten van enkele jaren geleden en nieuw ontdekte schema's. En ze kwamen met iets dichter bij sciencefiction; onderzoekers zijn erin geslaagd om structuren in de hersenen te ontdekken die bestaan ​​in de 4e of 5e dimensie, sommige al in de 11e.

Het is overduidelijk dat het menselijk oog deze structuren niet kan zien. Ze zijn ontdekt met behulp van algebraïsche topologie, een tak van de wiskunde waarvan de vergelijkingen het mogelijk maken om objecten in de ruimte te beschrijven die in meerdere dimensies bestaan.

Het gepubliceerde artikel gaat over de vorming van multidimensionale structuren in die gevallen waarin neuronen op een specifieke manier met elkaar verbonden zijn. De vorm van hun groepering wordt bepaald door de rangschikking van neuronen. Hoe meer zenuwcellen in de structuur, hoe complexer de vorm.

Volgens projectleider van Blue Brain, neuroloog Henry Markram, bevinden zich tientallen miljoenen van dergelijke multidimensionale objecten in een klein stukje van de hersenen. De ontdekking van deze multidimensionale formaties verklaart waarom het tot nu toe zo moeilijk was om de hersenen te onderzoeken en een model te maken.

Onderzoekers gebruikten wiskundige hulpmiddelen die niet waren aangepast aan multidimensionale structuren. Dankzij Ran Levi van de Universiteit van Aberdeen in Schotland en Kathryn Hess van Lausanne - twee topologie-experts - hebben ze nu de mogelijkheid om multidimensionale neurale structuren te beschrijven.

Na het ontvangen van de stimulusprikkel, beginnen de hersenen een structuur te bouwen die bestaat uit blokjes, staafjes en oppervlakken en complexere multidimensionale eenheden. Ze vallen in hetzelfde tempo uit elkaar als ze zijn gebouwd, en al deze processen verlopen volgens strikte volgorde.

Tegenwoordig worden wetenschappers geconfronteerd met de vraag of soortgelijke neurale structuren verband houden met de opslag van informatie in onze herinneringen, en of hun complexiteit afhangt van de complexiteit van de komende taken.