Pour la plupart des gens, il faut de l’imagination pour comprendre le monde en 4 dimensions, mais une nouvelle étude a découvert des structures dans le cerveau jusqu’à 11 dimensions. Des travaux intéressants qui commencent à révéler les secrets architecturaux les plus profonds du cerveau.
En utilisant la topologie algébrique avec les neurosciences, une équipe du Blue Brain Project a découvert un univers de structures et d’espaces géométriques multidimensionnels dans les réseaux du cerveau. La recherche, publiée aujourd’hui dans Frontiers in Computational Neuroscience, montre que ces structures apparaissent lorsqu’un groupe de neurones forme une sorte de “clique” : Chaque neurone se connecte à tous les autres neurones du groupe d’une manière très spécifique qui génère un objet géométrique précis. Plus il y a de neurones dans une clique, plus la dimension de l’objet géométrique est élevée.
Nous avons découvert un monde que nous n’avions jamais imaginé selon le neuroscientifique Henry Markram, directeur de Blue Brain Project et professeur de l’EPFL à Lausanne. Et il existe des dizaines de millions de ces objets dans un petit segment du cerveau avec 7 dimensions. Et dans certains réseaux, nous avons même trouvé des structures jusqu’à 11 dimensions.
Markram suggère que cela peut expliquer pourquoi il est tellement difficile de comprendre le cerveau. Les mathématiques appliquées habituellement aux réseaux ne peuvent pas détecter des structures et des espaces dans des dimensions plus élevées.
Si les mondes en 4 dimensions défient notre imagination, les mondes en 5, 6 ou plus de dimensions sont trop complexes pour que nous les comprenions. Et c’est que la topologie algébrique entre en scène. La topologie algébrique est une branche des mathématiques qui peut décrire des systèmes avec un certain nombre de dimensions. L’utilisation de la topologie algébrique a été proposée par Kathryn Hess et Ran Levi de l’EPFL.
La topologie algébrique est comme un télescope et un microscope en même temps. Il peut zoomer dans les réseaux pour trouver des structures cachées. Par exemple, si on l’applique à une forêt, on peut voir les arbres et les clairières en même temps explique Hess.
En 2015, Blue Brain a publié la première copie numérique d’une partie du néocortex, la partie la plus évoluée du cerveau et le siège de nos sensations, de nos actions et de notre conscience. Dans cette dernière recherche, en utilisant la topologie algébrique, les chercheurs ont effectué des tests multiples sur le tissu cérébral virtuel pour montrer que ces structures cérébrales multidimensionnelles ne sont pas le fruit du hasard. Des expériences ont ensuite été réalisées sur des tissus cérébraux réels en confirmant les découvertes dans le tissu virtuel. Ces confirmations suggèrent également que le cerveau se “rebranche” constamment pour construire un réseau avec autant de structures à haute dimension que possible.
Quand les chercheurs ont appliqué un stimulus sur le tissu cérébral virtuel, des cliques de dimensions supérieures se sont assemblées momentanément pour entourer des trous de dimensions supérieures que les chercheurs appellent des cavités. L’apparition de cavités en dimensions supérieures, lorsque le cerveau traite des informations, signifie que les neurones du réseau réagissent aux stimuli d’une manière extrêmement organisée selon Levi. C’est comme si le cerveau réagissait à un stimulus en construisant et en détruisant une tour de blocs multidimensionnels en commençant par des tiges (1 dimension), des planches (2 dimensions), des cubes (3 dimensions) et enfin des géométries plus complexes en 4, 5 et 6 dimensions. La progression de l’activité à travers le cerveau ressemble à un château de sable multidimensionnel qui se construit et se détruit selon les besoins.
La grande question est de déterminer si la complexité des tâches que nous pouvons accomplir dépend de la complexité des “châteaux de sable” multidimensionnels que le cerveau peut créer. La neuroscience cherche également l’endroit où le cerveau stocke ses souvenirs. Ils pourraient être “cachés” dans les cavités de dimensions supérieures.
Source : Frontiers in Computational Neuroscience (http://dx.doi.org/10.3389/fncom.2017.00048)
