@ 2017.06.18 , 19:00
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蓝脑计划在脑部网络中发现11维几何结构

大多数人很难理解四维世界,但一项新研究在大脑中发现了最高11维(这个维度跟那种是不一样的,既然论文这么写并被承认了,那么就不要纠结了)的结构,这是一项开创性的揭示大脑深层架构秘密的工作。

以一种从未被用于神经科学的方式利用代数拓扑,蓝脑项目的研究团队揭示了大脑网络中具有多维几何结构和空间的宇宙。

这项发表在计算神经科学前沿上的研究显示,当一组神经元形成一个神经元簇时就会出现这种结构:每个神经元与团体中每个其他神经元以一种特定的方式连接,产生特定的几何对象。簇中的神经元越多,几何对象的维度也越高。

蓝脑计划在脑部网络中发现11维几何结构
credit: 煎蛋画师Piccolo

蓝脑计划主任、瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)教授、神经科学家Henry Markram说道:“我们发现了一个前所未料的世界。即使在大脑的一小块中也存在数千万这种对象,不仅限于7维。在某些网络中,我们甚至发现了高达11维的结构。”

Markram认为这可能解释了为什么如此难以理解大脑。“通常应用于研究网络的数学工具无法检测高维结构和空间。”

如果4维世界已经超出想象,5维、6维或者更高维度就更难以理解了。这就是代数拓扑处理的对象:一个描述任意维度系统的数学分支。将代数拓扑引入蓝脑项目脑部网络研究中的数学家是来自EPFL的Kathryn Hess和来自英国阿伯丁大学的Ran Levi。

Hess解释道:“代数拓扑同时类似于望远镜和显微镜,能放大网络发现隐藏的结构——森林中的树木,同时也能看到空白的空间。”

2015年,蓝脑发表了首个新大脑皮质的数字拷贝,这是大脑中最进化的部位,是感觉、行动和意识所在。在这项最新研究中,利用代数拓扑,研究者在这个虚拟脑部组织上进行了多次测试来证实发现的多维脑部结构绝不会是偶然产生的。随后在蓝脑位于洛桑的操作教学实验室进行了实际脑部组织实验,证实早先在虚拟组织上的发现具有生物关联,并还表明大脑在生长过程中会不断重新连接以建立尽可能高维结构的网络。

当研究者对虚拟脑部组织施加刺激,会有越来越高维度的神经元簇临时组合起来,包围着高维的空洞,研究者将这个空洞称为腔。Levi说道:“大脑处理信息时高维腔的出现意味着网络中的神经元以一种极度有组织的方式对刺激起反应。似乎大脑对刺激是通过建立然后抹除多维积木塔的方式做出反应的,从1维的条开始,然后是2维的板,3维的立方体,然后是更复杂的4维、5维等几何形。这种遍布大脑的活动进程就类似于从沙子具现化然后瓦解的多维沙塔。”

研究者目前正在探寻的大问题是我们能执行任务的复杂性是否依赖于大脑能建立的多维“沙塔”的复杂性。神经科学正在努力寻找大脑存储记忆所在。Markram推测道:“记忆可能‘隐藏’在高维腔中。”

论文原文:DOI:10.3389/fncom.2017.00048

本文译自 medicalxpress,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 24+1

  1. 3482407

    07年上高中的时候,看过这个介绍 这一拖 又是10年,罢了,毕竟自己都在拖。

    [11] XX [0] 回复 [0]
  2. 3482408

    那时候想用的也是代数拓扑。

  3. 杨月
    @7 days ago
    3482421

    可能就是脑神经瞎jb连接,然后被你强行看成了高维结构……

    [57] XX [10] 回复 [0]
  4. 3482438

    “一组神经元形成一个小团体”这里指的是neural clique 神经元簇(tips:不知道这是啥,于是先谷歌“neuron clique”,得知有一个专有名词叫neural clique,但不知道这名词怎么译,于是谷歌“neural clique 神经”,得到神经元簇)
    产生精确的几何对象 → 一种特定的几何对象
    渐进更高维度的小团体立刻组合起来包围高维空洞 → 会有越来越高维度的神经元簇临时组合起来,包围着高维的空洞

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  5. 晓月
    @7 days ago
    3482471

    我学图像处理时候看到128维特征向量那一下子也是懵逼的

    [18] XX [0] 回复 [0]
  6. 3482477

    完了完了这下脑科学也要成民科重灾区了

    [17] XX [6] 回复 [2]
  7. 3482532

    特指人脑还是

  8. 坎匹投
    @6 days ago
    3482541

    开始更加相信看着某一个场景 然后觉得似成相识的那种感觉

  9. 3482660

    文章的编辑是我老板…

  10. 高二
    @6 days ago
    3482673

    这是人择原理的必然结果。

    如果大脑无法存在对应的物理结构,我们也就不会能够有现在的数学,因为数学是先验且解析的,它不像其他学科是后验的,它的瓶颈便是大脑的生物结构的表达极限。

  11. 高二
    @6 days ago
    3482689

    我在这里说的话。大部分人不明白,或是断章取义。我不在意,话也至此了。年龄越大,越不愿意啰嗦解释。

    希望少数人思考。

    神经科学已经尝试去理解一些现代数学,这是个好现象。我觉得读数学可以关注一下神经科学的发展,而读神经科学的,也可以思考一下数学家的思维。而计算机的,在你明白理论之前,我建议你不要去用不明不白的东西,谨慎一点。不知道对人类而言,违反了科学原则的却被商业拉着跑的“技术进步”,是祸是福

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  12. Butters
    @6 days ago
    3482766

    {x_0, x_1, x_2, x_3, x_4, x_5, x_6, x_7, x_8, x_9, x_10, x_11}
    仅此而已。

  13. arites
    @6 days ago
    3482793

    哎,民科/民哲/网络邪教又要多出新论据了啊。它们才不管这里的维度是什么意思的啊……

  14. dogisacat
    @6 days ago
    3482846

    @arites: 本来让民科/邪教自我淘汰也没有问题,但最怕他们祸害到其他人,包括他们的儿女,亲属。

  15. 叶修
    @6 days ago
    3482960

    _(:3」∠)_我也是这么想的

  16. 3482997

    他们在讨论的是数学上的维度吧
    虽然挂了科但隐约记得大一高数就学过了
    但是他们硬是扯到物理上的维度然后强行比较是什么回事啊

  17. 路过的
    @6 days ago
    3483181

    煎蛋科普文里的评论很有意思,不理解专业知识但读过快餐科普文的人去嘲笑更不理解专业知识且没读过快餐科普的人。

    真的,你们有什么区别呢?

    向量空间没明白透彻,度规都没概念,群也不知道别说环和域,没有一个人读了论文,懂那么一点幼儿园级别的线性代数就在这里大放厥词谈维度。物理才学那么一学期量子入门,就像自己变成了弦论专家一样。还有人数据结构来说明的,真是天真的让人好气又好笑。图样图森破拿衣服!

    别装这个逼,读多一点书,让世界清净一些。

    [12] XX [2] 回复 [0]
  18. swmage
    @6 days ago
    3483326

    脑出现11维结构并不代表脑可以理解并处理11维事物,这就像案板上的一块里脊肉也不是理解不了自己是块里脊肉吗

  19. 极光
    @6 days ago
    3483375

    所以我可以集中我的意念之力深入我的灵魂,我的大脑,然后以十一维的力量打破时间空间以及次元世界 成为像神秘博士那样猛人?这真的是太扯了。

  20. 3483461

    @路过的: 代数拓扑是我学过的最后一门数学课,然后就转行了。。。

  21. 3483585

    程序员表示,11维数组有啥稀奇的?刚开始写代码的时候都爱这样!

  22. ssssssssssssss
    @5 days ago
    3483920

    @celk:

    clique 是图论中的“团”,表示其中任意两点都连接的意思。

  23. 3484070

    @ssssssssssssss: 有道理。
    我之前看论文里讲的n-simplex,通俗地说其实就是完全(子)图。才知道原来这也被称作团

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