Bằng cách sử dụng các phương pháp toán học về tôpô đại số, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã thu được những kết quả chưa từng được phát hiện trước đây về khoa học thần kinh. Họ phát hiện ra rằng mạng não người có các cấu trúc hình học đa chiều với số chiều có thể lên đến con số 11.
Hình ảnh dựa trên quan sát về sự chuyển động của thông tin qua các tế bào thần kinh. (Ảnh: Dự án Blue Brain)
Trong nỗ lực tìm cách xác định các cấu trúc não người, các nhà khoa học phát hiện rằng cấu trúc hình học của các kết nối thần kinh và cách chúng phản ứng với các kích thích khác nhau hiển thị như một vũ trụ đa chiều.
Các ước tính trước đây cho thấy não người chứa khoảng 86 tỷ tế bào thần kinh.
Theo giải thích của các nhà khoa học, mỗi tế bào thần kinh đơn lẻ trong não của chúng ta có thể kết nối với một tế bào liền kề theo một cách cụ thể, để tạo thành một đối tượng có các kết nối phức tạp. Điều thú vị là càng có nhiều tế bào thần kinh tham gia vào các nhóm thì sẽ có càng nhiều chiều được kết hợp với đối tượng.
Với sự trợ giúp của tôpô đại số, các chuyên gia đã có thể lập mô hình cấu trúc bên trong một bộ não ảo. Sau đó, các chuyên gia đã tiến hành các bài kiểm tra trên mô não thật để xác minh kết quả.
Sau khi đưa kích thích vào mô não ảo, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các nhóm đối tượng có số chiều tăng dần và giữa những nhóm này là những khoảng không gian trống rỗng, giống như lỗ hoặc hốc.
Minh họa khái niệm về mạng não (trái) và cấu trúc liên kết (phải). (Ảnh: Dự án Blue Brain)
Ran Levi từ Đại học Aberdeen, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Sự hiện diện của các cấu trúc nhiều chiều khi não đang xử lý thông tin cho thấy rằng các tế bào thần kinh trong mạng phản ứng với các kích thích theo một cách thức rất có tổ chức”.
Ông nói thêm: “Nó giống như thể não phản ứng với một cảm ứng bằng cách xây dựng rồi sau đó phá vỡ một tập hợp các khối đa chiều, bắt đầu với hình que (1D), tấm ván (2D), hình khối (3D) và sau đó là các khối hình học phức tạp hơn với 4D, 5D,… Hoạt động trong não giống như xây một lâu đài cát đa chiều và sau đó làm nó tan rã”.
Hơn nữa, các chuyên gia lưu ý rằng trong khi các hình dạng 3 chiều trong thực tế chỉ có chiều cao, chiều rộng và chiều sâu, toán học được sử dụng để xác định các hình dạng này có thể chứa đến 5, 6, 7 hoặc lên đến 11 chiều.
Giáo sư Cees van Leeuwen, từ KU Leuven, Bỉ, cho biết: “Ngoài không gian vật lý, không gian với số chiều cao hơn thường được sử dụng để biểu diễn cấu trúc dữ liệu phức tạp hoặc các điều kiện của hệ thống. Ví dụ, trạng thái của một hệ động lực trong không gian trạng thái… Không gian này là sự kết hợp của tất cả các bậc tự do mà hệ có, và trạng thái của nó biểu diễn bởi các giá trị giả định gán cho các bậc tự do này”.
Nghiên cứu sử dụng mô hình toán học tôpô đại số để mô tả các cấu trúc khác nhau và các không gian hình học đa chiều trong mạng não người. Từ đó, nghiên cứu tiết lộ về cách các mạng lưới được hình thành đồng thời chúng được xen kẽ trong một sự ‘thống nhất’ tạo ra một cấu trúc hình học chính xác.
Henry Markram, nhà thần kinh học và giám đốc Dự án Blue Brain ở Lausanne, Thụy Sĩ cho biết: “Chúng tôi đã tìm thấy một thế giới mà chúng tôi chưa bao giờ tưởng tượng ra trước đây. Chúng tôi phát hiện ra rằng hàng chục triệu đối tượng, ngay cả trong một phần nhỏ của não, có tới 7 chiều. Tuy nhiên, trong một số mạng lưới, chúng tôi thậm chí còn phát hiện ra các cấu trúc lên tới 11 chiều”.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Frontiers in Computational Neuroscience.
Nguồn: NTDVN – Theo upliftconnect