Bilim İnsanları Beynin 11 Boyutlu Yapılar Oluşturduğunu Keşfetti

Beyin, bizi muhteşem karmaşıklığı ile şaşırtmaya devam ediyor.Nörobilim ile matematiği birleştiren ve ezber bozan araştırma bize beyinlerimizin enformasyonu işlerken 11 boyuta kadar nöral yapılar oluşturduğunu söylüyor. ’’Boyutlar’’ kelimesi ile fiziksel alemleri değil, soyut uzayları kastediyorlar. Yine de, Blue Brain Projesi’nin direktörü Henry Markram, keşfi yapan  araştırmacılar ‘’şimdiye kadar hiç hayal etmediğimiz bir dünya buldular’’ diyor.

İsviçre’de yerleşik Blue Brain Proje’sinin hedefi, insan beyninin ‘’biyolojik olarak detaylandırılmış’’ dijital bir simülasyonunu yaratmaktır. Bilim insanları eşi benzeri görülmemiş bir biyolojik enformasyon seviyesinde dijital beyinler yaratarak inanılmaz ölçüde girift olan ve 86 milyar nörona sahip olan insan beynini anlamakta ilerlemeyi amaçlıyorlar.

Böyle muazzam bir ağın düşünce ve faaliyetlerimizi nasıl oluşturabildiğini anlamakta daha berrak bir görüş sahibi olmak amacıyla bilim insanları süperbilgisayarlar ve özgün bir matematik dalı kullandılar. Takım, geçerli çalışmasında 2015 yılında biten dijital neokorteks modelini temel aldı. Onlar bu dijital neokorteksin cebirsel topoloji adlı matematiksel sistemi kullanarak verdiği reaksiyonu irdelediler. Bu, onların beynimizin sürekli karmaşık çok boyutlu ve ‘’kumdan kalelere’’ benzer geometrik şekil ve uzaylar yarattığını belirlemelerine olanak sağladı.

Matematiğin bir dalı olan ve herhangi sayıdaki boyutlara sahip sistemleri tarif eden cebirsel topolojiyi kullanmadan çok boyutlu ağı görselleştirmek olanaksızdı.

Özgün matematiksel yaklaşımdan faydalanılarak, araştırmacılar daha önceden nöronların ‘’kaotik’’ olarak görülen desenlerindeki yüksek dereceli organizasyonu anlayabildiler.

Çalışmanın yazarı Kathryn Hess, ‘’Cebirsel topoloji aynı anda hem bir teleskop ve hem de bir mikroskop gibi. O, gizli yapıları (ormandaki ağaçları) ve boş uzayları  (ağaçsız yerleri) bulabilmek için ağlara zum yapabiliyor” diyor.

Bilim insanları testlerini önce yarattıkları sanal beyin dokusu üzerinde yaptılar, ve daha sonra aynı deneyleri farelerden alınan gerçek beyin dokuları ile yaparak sonuçları teyid ettiler.

Sanal nöronlar uyarıldıklarında bir grup (clique) kuruyorlar ve her nöron diğeriyle spesifik bir geometrik obje şekillenecek biçimde bağlanıyor. Büyük sayıda nöronlar bazı durumlarda 11’e çıkacak şekilde yeni boyutları ekliyor. Yapılar çok boyutlu olan ve araştırmacıların oyuk (cavity) adını verdikleri boşluk etrafında organize oluyorlar. Enformasyon işlendikten sonra oyuk kayboluyor.

Sol taraf : Beynin en çok evrilmiş kısmı olan neokorteksin dijital kopyası.

Sağ taraf : 1 boyutludan 7 veya daha fazla boyutluya kadar değişik ölçü ve geometrideki şekiller.

Ortadaki ‘’kara delik’’ ise çok boyutlu namı diğer ‘’oyuk’’ lar kompleksini sembolize ediyor.

Araştırmacı Ran Levi işlemin nasıl çalıştığını detaylandırdı:

Beyin enformasyon üzerinde işlem yaparken çok boyutlu oyukların ortaya çıkması, ağdaki nöronların uyarıcıya karşı oldukça fazla organize bir biçimde tepki verdiği anlamına geliyor. Beyin bir uyarana karşı sanki çok boyutlu blokları çubuklarla (1D) başlayarak, sonra kaplama tahtası (2D), sonra küpler (3D), daha sonra 4D, 5D,.. vb daha kompleks geometrilerle önce inşa ediyor, daha sonra ise inşa ettiğini yerle bir  ediyor. Beyindeki işlemin gelişimi, önce yapılan ve daha sonra parçalanan bir çok boyutlu kumdan kale’yi andırıyor.

Kathryn Hess, Newsweek’le yaptığı bir söyleşide ‘’Keşfin önemi, nörobilimin temel sırlarından biri olan beynin yapısı ve enformasyonu nasıl işlediği arasındaki bağlantıyı daha fazla anlamamıza olanak sağlamasında yatmaktadır’’ diyor.

Bilim insanları cebirsel topolojiyi  uyarılan nöral bağlantıları kuvvetlendirme ve zayıflatma işlemi  olan ‘’Plastisite’’nin -beynimizin nasıl öğrendiği konusunda anahtar bir bileşen- rolünü çalışmada kullanmak istiyorlar. Bulgularının daha ileri uygulamalarını insan zekası ve hafızaların şekillenmesi konularında görmek için de çalışmaya devam ediyorlar.

Bu araştırma ‘’Frontiers in Computational Neroscience’’ta yayınlanmıştır.

Çeviren : Emre Ümit Tuncel
http://bigthink.com/paul-ratner/our-brains-think-in-11-dimensions-discover-scientists

Check Also

Günümüz İnsanlığı – Bölüm 2