دراسة حديثة تستخدم نماذج حاسوبية متعمقة لفهم طبيعة عمل الدماغ

اكتشفت دراسة جديدة أن الدماغ البشرية واحدة من هياكل الطبيعة الأكثر تعقيدا، والعلماء لا يزال أمامهم شوطا طويلا لفهم ميكانيكيتها. ولكن دراسة جديدة قد اقتربت خطوة واحدة نحو فتح أسرارها عن طريق معرفة تعقيدها الهائل. وقد بيَّنت الأبحاث أن العقل هو موطن الأشكال والهياكل التي لها ما يصل إلى 11 بُعدًا.

وسيساعد فهم هذه الهياكل الدماغية في الكشف عن كيفية تشكيل الذكريات. استخدم البحث نماذج حاسوبية متعمقة لفهم كيفية تنظيم خلايا الدماغ نفسها للقيام بمهام معقدة. وقال عالم الأعصاب هنري ماركرام، مدير مشروع الدماغ في لوزان بسويسرا: "لقد وجدنا عالمًا لم نتخيله أبدا، هناك عشرات الملايين من هذه الخلايا في بقعة صغيرة من الدماغ، لها سبعة أبعاد، في بعض الشبكات، وجدنا هياكل تصل إلى أحد عشر بعدا".

تشكل الأشكال الهندسية المعقدة مجموعة من خلايا الدماغ - والمعروفة باسم الخلايا العصبية - دمج لجعل ما يسميه العلماء "زمرة". كل الخلايا العصبية ترتبط مع جارتها بطريقة محددة لتشكيل كائن من الترابط المعقدة. والمزيد من الخلايا العصبية التي تنضم إلى "الزمرة"، والمزيد من "أبعاد" تضاف إلى الكائن. الأشكال ثلاثية الأبعاد لها طول وعرض وعمق، مثل أي كائن في العالم الحقيقي.

الكائنات التي اكتشفت في هذه الدراسة لا توجد بأكثر من ثلاثة أبعاد في العالم الحقيقي، ولكن الرياضيات المستخدمة لوصفها يمكن أن تكون خمسة أو ستة أو سبعة أو حتى 11 بعدا. يقول البروفسور سيس فان ليوين، من جامعة كو لوفن، بلجيكا: "خارج الفضاء، كثيرا ما تستخدم المساحات عالية الأبعاد لوصف هياكل البيانات المعقدة أو ظروف الأنظمة، على سبيل المثال، حالة نظام ديناميكي في الفضاء" .

استخدم الباحثون نوعًا من الرياضيات يسمى طوبولوجيا جبري لنموذج مكان وجود هذه الهياكل داخل الدماغ الظاهري التي تم إنشاؤها باستخدام البرمجيات. لاختبار نموذجها، ثم أجرى الباحثون تجارب على أنسجة المخ الحقيقية. ووجد الباحثون أن الدماغ الظاهرية يمكن تحفيزها لتشكيل الهياكل مع أبعاد أعلى تدريجيا. ويقول ران ليفي من جامعة أبردين: "إن ظهور تجاويف عالية الأبعاد عندما يعالج الدماغ المعلومات يعني أن الخلايا العصبية في الشبكة تتفاعل مع المحفزات بطريقة منظمة للغاية،"تطور النشاط من خلال الدماغ يشبه ساندكاستل متعدد الأبعاد الذي يتحقق من الرمال ثم يتفكك." والسؤال الكبير الذي يطرحه الباحثون الآن هو ما إذا كانت تعقيدات المهام التي يمكن أن تؤديها، تعتمد على تعقيد "الرمال الرمادية" المتعددة الأبعاد التي يمكن للدماغ أن يبنيها. يكافح علم الأعصاب من أجل العثور في المخ على مكان تخزين ذكرياته. وقال البروفيسور ماركرام "قد تكون تلك الذكريات مخزنة في تجاويف عالية الأبعاد.