Projekt Blue Brain zainicjowano w maju 2005 roku. Za główny cel postawiono sobie wówczas stworzenie wirtualnego mózgu ssaków za pomocą symulacji komputerowej działania każdego neuronu i neuronalnych połączeń. Nikt się nie spodziewał, że kilkanaście lat później badanie struktur neuronowych doprowadzi naukowców do wniosku, że w naszej głowie mieszczą się realne wielowymiarowe struktury, a sam mózg działa nawet w 11 różnych wymiarach.

O samym Projekcie Blue Brain

W maju 2005 roku na Politechnice Federalnej w Lozannie w Szwajcarii (EPFL) rozpoczęto prace nad Projektem Blue Brain, który z założenia miał pomóc naukowcom zrozumieć działanie mózgu ssaków za pomocą inżynierii wstecznej.

Postanowiono po pierwsze stworzyć Ośrodek Symulacji Mózgu, który pozwalałby na tworzenie symulacji mózgów różnych gatunków wraz z ich różnymi zaburzeniami.

Po drugie założono stworzenie i przetestowanie szczegółowego modelu kolumny neuronalnej młodego szczura.

Kolejne cele dotyczyły już użycia symulacji do odkrywania podstawowych zasad funkcjonowanie mózgu oraz wykorzystania tych zasad do stworzenia dokładnego modelu całego mózgu człowieka.

 

blue-brain.jpg
fot.123rf.com

 

Aktualnie w badaniach bierze udział kilka ośrodków badawczych z całego świata, w tym m.in. z USA, Wielkiej Brytanii, Hiszpanii i Izraela.

Zgodnie ze szwajcarską inicjatywą aktualne prace nad całym projektem mają ostatecznie doprowadzić do rekonstrukcji ludzkich mózgów przy pomocy superkomputerów.

Jak przewiduje Henry Markram, neuronaukowiec, dyrektor Blue Brain Project i profesor EPFL superkomputery o wystarczającej mocy obliczeniowej, aby przetworzyć prawie 500 petabajtów danych, powstaną około 2020 roku.

Topologia algebraiczna w neuronauce

Wielowymiarowe geometryczne struktury i przestrzenie w sieciach neuronowych nie zostałyby odkryte, gdyby nie współpraca neuronauki z topologią algebraiczną.

Kathryn Hess najlepsza specjalistka topologii algebraicznej oraz pracownik naukowy Swiss Federal Institute of Technology zainteresowana symulacjami pracy wirtualnych neuronów, nawiązała współpracę z prof. Markramem.

Jak sama mówiła:

„Topologia algebraiczna w pewnym sensie jest matematyką połączeń. Jest bardzo dobra
w łączeniu lokalnych informacji w taki sposób, aby dostrzec globalne struktury, które z tego wychodzą. […] jest jak teleskop i mikroskop jednocześnie. Może dokonać zbliżenia sieci, by znaleźć ukryte struktury”.

Hess poświęciła kilka lat na przekształcanie wirtualnych sieci połączeń neuronalnych z Projektu Blue Brain w kształty geometryczne, które można później poddać analizom.

 

Blue brain

 

I tak dwa połączone neurony stały się dla specjalistki linią, trzy – trójkątem, cztery – piramidą, a kolejne, bardziej skomplikowane połączenia tworzyły kształty wyższych wymiarów, których nie sposób nam sobie wyobrazić, ale które topologia algebraiczna potrafiła opisać.

11 wymiarów mózgu

W konsekwencji połączenie dwóch sił – wiedzy z topologii algebraicznej oraz postępów prac naukowców z Projektu Blue Brain zaowocowało ogłoszeniem przełomowego odkrycia w badaniach struktury mózgu.

Kierujący całym projektem prof. Markram powiedział:

„Odkryliśmy świat, o którym nawet nie marzyliśmy. Każdy, nawet najmniejszy kawałek mózgu kryje dziesiątki milionów obiektów, z których część to twory siedmiowymiarowe. W niektórych sieciach neuronowych udało się z kolei odkryć struktury jedenastowymiarowe”.

Te wielowymiarowe struktury to sieci połączeń jednego neuronu z drugim. W ten oto sposób tworzą one tzw. klikę.

Im więcej rozgałęzień, im więcej neuronów znajduje się w „klice”, im bardziej specyficzne jest połączenie między nimi, tym bardziej precyzyjny obiekt geometryczny zostaje wygenerowany, czyli tym wyższy jest jego wymiar.

Kluczowe dla działania mózgu wydają się przestrzenie między neuronami. Naukowcy zaobserwowali, że neurony wirtualnego mózgu poddanego działaniu bodźca reagują w bardzo ułożony sposób:

„Wydaje się, że mózg reaguje na bodziec, tworząc wieżę wielowymiarowych bloków przypominających pręty (jeden wymiar), deski (drugi wymiar), potem sześciany (trzeci wymiar), a następnie jeszcze bardziej skomplikowane struktury. […] postęp w aktywności mózgu przypomina wielowymiarowy zamek z piasku, który pojawia się na moment i błyskawicznie znika” – mówi matematyk Ran Levi z Uniwersytetu w Aberdeen.

Naukowcy zaznaczają, że odkrycie to jest tylko wstępem do wyjaśnienia tego, w jaki sposób mózg przetwarza skomplikowane informacje i gdzie ukrywają się nasze wspomnienia.

Podkreślają, że potrzeba dalszych badań, które pomogą ustalić i zrozumieć zależności, które zachodzą pomiędzy wielowymiarowością mózgu a stopniem skomplikowania różnorodnych zadań poznawczych.

Jednak trzeba przyznać, że samo odkrycie nawet 11 wymiarów pracy mózgu jest intrygujące i zarazem ekscytujące.

WSPARCIE NIEZALEŻNYCH PORTALI

*Niebieską czcionką zaznaczono odnośniki np. do badań, tekstów źródłowych lub artykułów powiązanych tematycznie.