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Le cerveau peut créer des structures à 11 dimensions4 minutes de lecture

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Pour la plupart des individus, il est extrêmement compliqué de s’imaginer un monde en 4 dimensions. Une nouvelle étude a trouvé dans notre cerveau des structures géométriques jusqu’à 11 dimensions, un pas de plus vers les secrets les plus enfouis de l’architecture cérébrale.

Structure cérébrale et topologie algébrique

C’est en utilisant la topologie algébrique (ou topologie combinatoire) associée à la neuroscience qu’une équipe du projet Blue Brain a trouvé des formations géométriques multidimensionnelles au sein des réseaux du cerveau.

La recherche publiée hier dans le journal Frontiers in Computational Neuroscience montre que ces structures surviennent quand un groupe de neurones forme une clique : chaque neurone se connecte aux autres d’une manière très spécifique formant alors un objet géométrique précis. Plus il y a de neurones dans la clique, plus il y a de dimensions.

Nous avons trouvé un monde que nous n’aurions jamais imaginé. (…) Il y a des dizaines de millions de ces objets jusqu’à 7 dimensions dans les plus petits recoins du cerveau. Dans certains réseaux, nous avons même trouvé des structures jusqu’à 11 dimensions. -Henry Markram, Neuroscientifique, directeur du projet, Blue Brain

Illustration, Blue BrainMarkram suggère que cela pourrait expliquer pourquoi il a toujours été très complexe de comprendre le cerveau. Les mathématiques usuellement appliqués pour étudier ces réseaux ne peuvent détecter les espaces et structures multidimensionnelles que nous pouvons désormais voir.

Si un monde en 4D torture notre imagination, 5 ou 6 dimensions sont trop complexes voir même impossible à appréhender pour la plupart d’entre nous. Essayez de faire comprendre à un bonhomme évoluant sur une feuille de papier en 2D qu’il existe une 3ème dimension, qu’il ne peut ni voir ni sentir. Compliqué non ?

Si vous voulez mieux comprendre les structures à plus de 3 dimensions, vous pouvez vous référer à la petite série de MicMaths qui y est consacrée.

Les mathématiciens à l’origine de l’implémentation de la topologie algébrique dans la neuroscience sont Kathryn Hess de l’école polytechnique de Lausanne (EPFL, Suisse) et Ran Levi de l’Université d’Aberdeen (Ecosse).

La topologie algébrique est comme un télescope et un microscope en même temps. Elle peut zoomer dans les réseaux et trouver des structures cachées – les arbres dans la forêt – et voir les espaces vides – les clairières – en même temps. -Kathryn Hess

Illustration, Blue BrainEn 2015, Blue Brain a publié la première copie digitale du néocortex, la partie la plus avancée de notre cerveau, celle à l’origine de nos sensations, actions et de notre conscience.

Dans cette dernière recherche et en utilisant la topologie algébrique, de multiples tests ont été réalisés sur les tissus alors digitalisés. Tous montrent que les structures multidimensionnelles trouvées n’ont pu être produites par simple chance.

Des expériences ont ensuite été réalisées sur de vrais tissus cérébraux dans le laboratoire de Blue Brain à Lausanne confirmant alors que les résultats obtenues via les représentations virtuelles étaient conformes à la réalité.

Lorsque les chercheurs ont stimulé les tissus virtuels, des cliques de dimensions supérieures se sont progressivement assemblées momentanément pour combler les trous à multidimensionnels, que les chercheurs appellent des cavités.

L’apparition de cavités à hautes dimensions lorsque le cerveau traite des informations signifie que les neurones du réseau réagissent aux stimuli d’une manière extrêmement organisée. C’est comme si le cerveau réagissait à un stimulus en construisant des tours de blocs multidimensionnels en commençant par des tiges (1D), des planches (2D), puis des cubes (3D), des hypercubes (4D), etc. La progression de l’activité au sein du cerveau ressemble à un château de sable qui se matérialise hors du sable puis se désintègre. -Ran Levi

De nombreuses questions restent en suspend : comment le cerveau crée-t-il ces structures ? A quoi servent-elles ? Les chercheurs se demandent comment le cerveau stock les souvenirs, se cachent-ils dans ces autres dimensions ?

Cette étude montre à quel point le monde réel peut échapper à notre perception…

Sources : MedicalXpress, Frontiers in Computational Neuroscience

A propos de l'auteur

Clément POIRET

Créateur et rédacteur du site Science Exploits, je suis aussi passionné de science et de sport. Je pratique très régulièrement de la gymnastique et du street workout/calisthenics. Je suis ici pour combiner ma passion pour les sciences et mon envie de partager ce que je trouve de plus intéressant parmi les nombreuses études scientifiques.

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