ნეირომეცნიერებმა მათემატიკის კლასიკური დარგი სრულიად ახლებურად გამოიყენეს, რათა ჩვენი ტვინების სტრუქტურა შეესწავლათ. ის, რაც მათ აღმოაჩნეს, ისაა, რომ ტვინი სავსეა მრავალგანზომილებიანი გეომეტრიული სტრუქტურებით, რომლებიც 11 განზომილებაში მოქმედებენ.
ეს უკანასკნელი ტვინის მოდელი Blue Brain Project- ის მკვლევართა გუნდმა შექმნა. ეს გახლავთ შვეიცარიის კვლევის ინიციატივა, რომელიც ადამიანის ტვინის სუპერკომპიუტერული რეკონსტრუქციის მშენებლობისადმია მიძღვნილი.
გუნდმა გამოიყენა ალგებრული ტოპოლოგია, მათემატიკის დარგი, რომელიც გამოიყენება ობიექტებისა და სივრცის თვისებების აღსაწერად, მიუხედავად იმისა, თუ როგორ იცვლიან ისინი ფორმას. მათ აღმოაჩინეს, რომ ნეირონების ჯგუფები ერთიანდება „ხროვებად“ (cliques) და ნეირონების რიცხვი ხროვაში განსაზღვრავს მის ზომას, როგორც მაღალ განზომილებიან გეომეტრიული ობიექტს.
„ჩვენ აღმოვაჩინეთ სამყარო, რომელსაც ვერც კი წარმოვიდგენდით. არსებობს რამდენიმე ათეული მილიონი ასეთი ობიექტი თუნდაც ტვინის პატარა ლაქაში, ისინი შვიდ განზომილებიანი არიან. ზოგიერთ ქსელში ჩვენ შევხვდით თერთმეტ განზომილებიან სტრუქტურებაც,“ – აცხადებს წამყვანი მკვლევარი, შვეიცარიის EPFL-ის ინსტიტუტის ნეირომეცნიერი – ჰენრი მაკრამი.
მეცნიერების შეფასების თანახმად, ადამიანის ტვინი 86 მილიარდი ნეირონისგან შედგება. ტვინში უამრავი უჯრედისგან შემდგარი სხვადასხვა მიმართულების ქსელია, რაც გარკვეულწილად აზროვნებისა და ცნობიერების საშუალებას გვაძლევს.
გასაკვირი არ არის, რომ ჯერ კიდევ არ გვაქვს საფუძვლიანი ცოდნა იმის შესახებ, თუ როგორ მუშაობს ტვინის ნერვული ქსელი. თუმცა, მეცნიერთა აღნიშნული გუნდის მიერ აგებული მათემატიკური ჩარჩო, ციფრული ტვინის მოდელთან ერთი ნაბიჯით გვაახლოვებს.
მათემატიკური ტესტების ჩატარების მიზნით, გუნდმა გამოიყენა ნეოკორტექსის დეტალური მოდელი, რომელიც Blue Brain Project-ის გინდმა 2015 წელს გამოაქვეყნა.
ითვლება, რომ ნეოკორტექსები ჩვენი ტვინის ყველაზე ახლად განვითარებული ნაწილია, და ის ჩართულია ისეთ ფუნქციებში, როგორიცაა შემეცნება და შეგრძნება.
მათემატიკური ჩარჩოების შემუშავებისა და ვირტუალურ სტიმულებზე მისი ტესტირების შემდეგ, გუნდმა შედეგები ვირთაგვების ტვინის ქსოვილშიც დაადასტურა.
მკვლევართა აზრით, ალგებრული ტოპოლოგია მათემატიკურ ხერხებს ნეირონული ქსელის ამოცნობის საშუალებას ანიჭებს, როგორც ინდივიდუალური ნეირონების დონეზე, ისე მთლიანად, ფართო მასშტაბის ტვინის სტრუქტურის დონეზე.
ამ ორი დონის შეკავშირებით, მკვლევარებმა შეძლეს ტვინის მაღალი განზომილებიანი გეომეტრიული სტრუქტურების განხილვა, რომლებიც მჭიდროდ დაკავშირებულ ნეირონებისა (cliques) და ცარიელი სივრცეების მიერაა ფორმირებული.
,,ჩვენ აღმოვაჩინეთ საოცრად მაღალი რიცხვი და მრავალფეროვანი მაღალგანზომილებიანი ხროვები და ღრმულები, რომლებიც ნერვულ ქსელებში აქამდე არ გვინახავს, ბიოლოგიური ან ხელოვნური”, – აღნიშნულია კვლევაში.
ეს ღრმულები, როგორც ჩანს, ძალზედ მნიშვნელოვანია ტვინის ფუნქციისთვის. მკვლევარებმა თავიანთ ვირტუალურ ტვინის ქსოვილს სტიმული მისცეს, დაინახეს, რომ ნეირონებმა ამაზე ორგანიზებული რეაგირება მოახდინეს.
,,თითქოს თავის ტვინი რეაგირებს სტიმულზე მრავალგანზომილებიანი ბლოკის კოშკის აშენებით და შემდეგ დანგრევით, იწყებს ღერძებით (1D), შემდეგ ფიცრებით(2D), კუბიკებით (3D) და შემდეგ უფრო კომპლექსური გეომეტრიებით 4D, 5D და ა.შ. ,“ – აცხადებს გუნდის ერთ-ერთი წევრი, შოტლანდიის აბერდინის უნივერსიტეტის მათემატიკოსი – რენ ლევი. „ტვინის მეშვეობით განხორციელებული საქმიანობის პროგრესი ჰგავს მრავალგანზომილებიან ქვიშის სასახლეს, რომელიც წარმოიქმნება ქვიშისგან და შემდეგ ჩამოიშლება,” – დასძინა მან.
ეს დასკვნები სრულიად ახალ სურათს გვაძლევს იმის შესახებ, თუ როგორ ამუშავებს ტვინი ინფორმაციას, მაგრამ მკვლევარები აცხადებენ, რომ ჯერჯერობით გაურკვეველია, რა ქმნის ხროვებსა და ღრუებს.
უფრო მეტი სამუშაოა საჭირო იმის დასადგენად, თუ როგორაა შეფარდებული ამ მრავალგანზომილებიანი გეომეტრიული ფორმების კომპლექსურობა სხვადასხვა შემეცნებით ამოცანასთან.
წყარო: http://spacebeyondcosmos.blogspot.co.uk
მასალა მოამზადა: თამარ ტაბატაძემ
ახალგაზრდა ანალიტიკოსთა და მეცნიერთა დარბაზი ,,დოქტრინა”
