Un univers multidimensionnel dans les réseaux du cerveau

Vous aviez dû mal à imaginer en monde en 4 dimensions ? Mais une étude suggère que des réseaux du cerveau peuvent créer des structures en 11 dimensions.


Une illustration qui tente de décrire l'inimaginable. Un univers multidimensionnel de structures et d'espaces. Sur la gauche, on a une copie numérique du néocortex. Sur la droite, on a des formes de différentes tailles et des géométries pour représenter des structures allant de 1 à plus de 7 dimensions. Le "trou noir" au milieu symbolise des espaces ou cavités multidimensionnels - Crédit : Blue Brain Project
Une illustration qui tente de décrire l'inimaginable. Un univers multidimensionnel de structures et d'espaces. Sur la gauche, on a une copie numérique du néocortex. Sur la droite, on a des formes de différentes tailles et des géométries pour représenter des structures allant de 1 à plus de 7 dimensions. Le "trou noir" au milieu symbolise des espaces ou cavités multidimensionnels - Crédit : Blue Brain Project

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 jusqu’à 11 dimensions. Des travaux intéressants qui commencent à révéler les secrets architecturaux les plus profonds du .

En utilisant la avec les , 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 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 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 , 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)

N'oubliez pas de voter pour cet article !
1 étoile2 étoiles3 étoiles4 étoiles5 étoiles (2 votes, average: 4,50 out of 5)
Loading...

Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

1 réponse

  1. Cesar Sauzet dit :

    J’adore la composition de l’équipe de recherche sur le cerveau :

    1 Blue Brain Project, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Geneva, Switzerland
    2 Laboratory for Topology and Neuroscience, Brain Mind Institute, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Lausanne, Switzerland
    3 Laboratory of Neural Microcircuitry, Brain Mind Institute, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Lausanne, Switzerland
    4 DataShape, INRIA Saclay, Palaiseau, France
    5 Institute of Mathematics, University of Aberdeen, Aberdeen, United Kingdom

    Mais pas un seul truc sur « ce qu’on sait sur comment on apprend »: les neurosciences ne sont pas intéressées par la cognition… donc en gros on a mis 5 stagiaires post-doc pour dégrossir, on a validé parce que sinon ils n’avaient pas leur papier, « on sait ce que c’est on est tous passés par là », tout ça.

    (niveau bas, mais récompensé, amplification de la sureté de soi, en cascade depuis des décennies, et hop à la fin ça donne du Costa Concordia. (raisonnement que je sais vrai depuis au moins 2003))

    Ils ne parlent méme pas de sémantique et de mots, quoi, alors que c’est clairement homomorphe : si on ajoute une connaissance on ajoute un sens qui se relie à d’autres sens, donc forcément si on ne voit ça que géométriquement (« démonstration géométrique, démonstration d’imbécile », vieux proverbe de prof de maths), bin ouaouw c’est des figures géométriques multidimensionnelles hé.

    Indice: On peu aussi considérer un écosystème comme une géométrie à n dimensions…. On peut systématiquement tout considérer comme ça, par définition: on ajoute une dimension pour chaque facteur qui a l’air indépendant, on ne peut pas te tromper. Après, faire de la science c’est réduire le nombre de dimension, voire percevoir le SENS des maths sous-jacents, donc notamment la fractalité inhérente aux réseaux neuronaux.

    Apparemment ces gens ne connaissent même pas le L-System…………………. Ou les boids. (Observable d’excès de sureté de soi).

    Donc le niveau du papier c’est bac+5 maximum. Un peu Gauvrit, mais en moins avancé.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *