我们的大脑却充满了多维的几何结构,甚至在11个维度上运行
https://pics7.baidu.com/feed/ac6eddc451da81cb297895191321b51308243117.jpeg?token=685d0d54eff0ee18b7025ba9a5d244e0&s=CBD004C652F890774A4099AF03000041时间回到2017年，那时神经科学家使用数学的一个经典分支用新的方式探索了人脑的结构。
他们发现我们的人脑充满着多维度的几何结构，这些几何结构在多达11个维度中运行。
此前，我们认为世界是三维的，所以这个发现听起来有一点玩笑的意味，但这一研究的结果成为了理解人脑这一我们目前所知的最复杂结构的构造的重要一步。
蓝脑（Blue Brain）是一家来自瑞士的研究机构，其主要贡献是建立一个由超级计算机驱动的人脑模型。
该团队使用了一个名为代数拓扑的数学分支，这一分支主要是用来描述物质的属性和空间，并且无论物体的形状发生什么变化，描述都会保持客观，不受影响。
研究人员发现一组神经元会和不同的“派系”发生联系，而属于同一“派系”的神经元会决定 “派系”的大小，并且把“派系”变成高维度的几何构造，这里的“维度”是一个数学概念，而不是时空概念。
瑞士EPFL 研究所主要研究人员，神经科学家Henry Markram表示：“我们发现了一个自己从未想象过的世界。”
“即使只探索我们大脑的一小部分，我们都能找到数以千万计的高维度构造，它们是七维的，而且在有些神经网络中，我们甚至找到了十一维的结构。”
需要声明的是，这里所指的维度并不是大众所认为的空间维度，我们的宇宙在空间上而言是三维的，此外还有一个时间维度。这里所指的维度表示的是研究人员看待神经元派系的方式，而这种方式又决定了神经元之间的联系到底有多紧密。
在2017年发表的一篇文章中，研究人员解释道：“神经元网络通常基于完全相连的神经节点群组进行分析，这种完全相连的神经节点群组就是派系。一个派系中神经元的数量决定了派系的大小，或者，更正式地说，神经元的数量就决定了派系的维度。”
根据估算，人脑中的神经元数量达到了惊人的860亿个， 并且每个细胞都会形成连接网络，与每一个可能的方向发生连接。这么做形成的巨大细胞网络让我们有了思考能力和对事物的觉察。
大脑中发生的连接与合作是如此地数量庞大，这也难怪我们至今还没有彻底探明人脑的神经网络是如何运行的。
但是研究团队构建的数学框架让我们向某一日研发出数字人脑模型的目标又靠近了一步。
为了进行数学测试，研究部团队使用了由蓝脑团队在2015年发布的新大脑皮质的细节模型。
新大脑皮质被看作是人脑最新进化出来的部分，管控着认知和感官知觉等人类的高级功能。
在研发了新大脑皮层的数学框架，并且在虚拟刺激装置上进行实验之后，研究团队确定了实验在大鼠的脑组织上所产生的结果。
根据研究把人员的说法，代数拓扑理论为识别神经网络中的细节提供了工具。这种细节的识别涉及对个体神经元的近距离观察以及将人脑作为一个更大规模的整体结构进行研究这两个方面。
将两方面的结果综合考虑后，研究人员就能够识别人脑中高维度的几何结构。这种结构是由紧密连接的神经元（派系）和期间的空隙空间（腔体）构成的。
研究团队写道：“我们发现了大量不同种类高维度派系和腔体。它们有的是人工合成的，有的是生物自发形成的。而在此之前，我们在神经网络中并没有发现这些东西。
研究团队中的来自EPFL的数学家Kathryn Hess认为，代数拓扑既是望远镜又是显微镜。
“代数拓扑既可以放大神经网络，像从一片森林里找出一棵树一样帮助我们找到隐藏的结构，同时还能帮我们看见空余的空间。”
这些空的腔体对于大脑的功能而言非常重要，当研究人员给予模拟人脑组织一些刺激的时候，它们发现神经元会用一种非常有条理的方式对刺激做出反应。
团队研究研究人员，苏格兰阿伯丁大学数学家Ran Levi说：“这就好像是我们的人脑用多维度砖块建造塔体然后将塔体夷为平地的方式对刺激做出反应。首先建造一根杆（一维），然后建造木板（二维），接着建造块状物（三维），当然我们还可以建造四维和五维的更加复杂的几何体。”
“在这个过程中，大脑的活跃程度就好像是建造一个多维度的沙堡，随着活跃程度的逐渐降低，沙堡又渐渐解体。”
实验结果为展现了一幅精妙的图景，告诉我们大脑究竟是怎样处理信息的。研究人员同时指出，我们还不确定到底是什么让神经元派系和腔体标称了它们现在的样子。
并且，研究人员需要进行更多的研究来探究这些多维度的几何体是怎样形成的，以及它们和多种复杂的认知任务有什么关系。
蝌蚪五线谱编译自sciencealert，译者 晴空飞燕，
http://n1.itc.cn/img8/wb/recom/2017/06/14/149743656543825476.JPEG最新研究揭晓人类大脑最多可达到11维空间，这种多维空间或许能破解人类记忆的形成之谜。http://n1.itc.cn/img8/wb/recom/2017/06/14/149743656472215433.JPEG研究人员使用一种叫做“代数拓扑”的数学模型，确定软件建立的虚拟大脑中的几何结构位置。为了测试该模型，研究人员在真实大脑组织上进行了实验。新浪科技讯 北京时间6月14日消息，据国外媒体报道，人类大脑是最复杂的结构之一，科学家仍需揭晓更多关于大脑的谜团。目前，最新一项研究显示，人类大脑布满一种多维结构，该结构可使大脑在11维空间正常运转。同时，理解大脑多维结构将帮助我们揭开记忆是如何形成的。这项研究使用复杂计算机模型理解大脑细胞如何自己组织起来，完成复杂的任务。瑞士“蓝脑计划”主管、神经系统科学家亨利·马克拉姆(Henry Markram)说：“我们发现一个我们从未想过的世界，大脑中存在数千万个几何结构，它们可达到7维空间，甚至对于一些几何结构，可以达到11维空间。”当叫做神经元的大脑细胞组形成复杂几何结构时，科学家称它们为“团(clique)”。每一个神经元与邻近神经元以特殊方式建立连接，从而形成具有复杂互连的几何结构。越来越多的神经元加入“团”，从而使该几何结构增添更多的维度。三维是指高度、宽度和深度，现实生活中任何物体都具有三维结构。目前，这项研究发现大脑的维度空间可达到5、6、7，甚至是11维。比利时鲁汶大学塞斯·范·李文(Cees van Leeuwen)教授说：“超过物理范围之外，高维数空间被经常用于描述复杂数据结构或者系统状况，例如：状态空间中动力系统的状态。”大脑空间仅是该几何结构所有自由度的结合体，其状态描述自由度的价值实际上是可以假设的。研究人员使用一种叫做“代数拓扑”的数学模型，确定软件建立的虚拟大脑中的几何结构位置。为了测试这一模型，研究人员之后在真实大脑组织上进行了实验，他们发现虚拟大脑能够刺激形成渐进较高维数的结构，在这些结构之间是多面性洞状结构。英国阿伯丁大学拉恩·李维(Ran Levi)说：“当大脑处理信息时，高维洞状结构的出现意味着大脑神经元网络以非常有组织的方式响应刺激。这就好像大脑对刺激的反应是建立之后消除一个多维塔状积木，最开始是使用条棒(1维)，之后使用平板(2维)，再之后使用方块(3维)，之后更复杂的几何结构具有4维、5维等。通过大脑的活跃进程类似于一个多维度沙塔，它是在沙堆上建立，之后瓦解散落在沙堆之中。目前研究人员面临的最大问题是，我们所进行任务的复杂性是否依赖于大脑建立的多维沙雕的复杂程度。同时，神经系统科学家也努力探索大脑存储记忆的区域，马克拉姆教授说：“大脑记忆区域很可能‘隐藏’在高维洞状结构之中。
人的意识可能是宇宙中的最大谜题,虽然我们已可触及到时间和空间的最初起源,但对人的意识如何产生,有着怎样一种运行机制,几乎还一无所知。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)神经科学家亨利·马克姆主持的蓝脑计划研究发现,虽然我们已习惯于从三维角度来看待世界,但我们的大脑却充满了多维的几何结构,甚至可能是在11个维度上运行。http://image.tech.china.cn//upload/images/2017/0620/093127/158_302610_2e8e57d80a3ebe0c2d97cc9998ee61d3.jpg 人的大脑估计有惊人的860亿个神经元,这些神经元在每个可能的方向互相连接,形成广泛的蜂窝网络,以某种方式使我们有了思想和意识。为了破解意识从何而来,研究人员利用瑞士的超级计算机,用代数拓扑的方法,构建了大脑皮层的详细模型。
通过数学模型对虚拟刺激的反应测试,以及对老鼠大脑的实际测试,研究人员可以在单个神经元细胞及整个大脑结构上来辨识神经网络的细节,发现在大脑中存在着不同种类和巨大数量的高维几何结构,由紧密连接的神经元团块和它们之间的空白区域(空洞)组成。http://image.tech.china.cn//upload/images/2017/0620/093127/158_302610_4ecd5239f40acb7dfd14a9da6d8ad1ce.jpg 这些团块或空洞似乎对大脑功能至关重要,当研究人员给他们的虚拟大脑组织施加刺激时,他们发现神经元以一种高度有组织性的方式对刺激作出了反应。这意味着我们思考问题的时候,神经元的团块会逐渐组合成更高维的结构,形成高维的孔隙或空洞,团块中的神经元越多,空洞的维度就越高,最高的时候可以达到11个维度。而整个过程总是遵循从低维到高维,结构越来越复杂的顺序,到最后轰然崩解。就像在沙滩上建一座城堡,从无到有,城堡越来越高,最后总又归于平静的沙滩。http://image.tech.china.cn//upload/images/2017/0620/093127/158_302610_ddf571bc45594cd685a28b4f5f9c3496.jpg 看起来很熟悉不是?这和宇宙的大尺度纤维结构如出一辙,星系和星系团组成巨大的纤维状结构,中间是巨大的空洞。不久前的一项研究中,就发现我们的银河系处于一个十亿光年的巨大空洞里,我们是在宇宙寂寞的边缘地带,而不是热闹的群星广场。http://image.tech.china.cn//upload/images/2017/0620/093127/158_302610_de76f8344d74b17654fa76a65f1552ef.jpg 这项研究提供了大脑如何处理信息的新发现,科学家们猜测神经元结构中的高维空洞可能是大脑存储记忆的地方,但目前并不清楚这些团块和空洞是以怎样的机制形成的,又是如何发挥作用的,还需进行更多的研究来确定神经元的多维结构与复杂的意识之间的联系。这项研究发表在《计算神经科学前沿》上。
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