Ο εγκέφαλός μας σκέφτεται σε 11 διαστάσεις (βίντεο)

Κατηγορία ΘΕΜΑΤΑ, Βιολογία - Ανθρωπολογία

ΝΕΥΡΟΕΠΙΣΤΗΜΗ

Posted by Youmagazine Staff

 

Μια νέα έρευνα αποκαλύπτει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι πολύ πιο πολύπλοκος απ’ ό,τι φανταζόμασταν μέχρι σήμερα.

Το πώς εργάζεται ο ανθρώπινος εγκέφαλος εξακολουθεί να παραμένει ένα αίνιγμα για την επιστήμη. Image: Supplied
ν
ΘΕΛΟΝΤΑΣ να διεισδύσουν στο απαγορευμένο και πιο δυσνόητο μυστήριο απ’ όλα όσα υπάρχουν στο σύμπαν, στον ανθρώπινο εγκέφαλο, οι νευροεπιστήμονες σκέφτηκαν να χρησιμοποιήσουν έναν κλασικό κλάδο των μαθηματικών (αλγεβρική τοπολογία) με τρόπο που δεν είχε ποτέ έως τώρα χρησιμοποιηθεί στη νευροεπιστήμη. Αυτό που ανακάλυψαν ήταν ομολογουμένως απρόσμενο: ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι γεμάτος πολυδιάστατες γεωμετρικές δομές, ορισμένες από τις οποίες λειτουργούν σε 11 διαστάσεις!
Οι 11 διαστάσεις μας είναι γνωστές από τη φυσική και τη θεωρία των υπερχορδών που πρωτοεμφανίστηκε στα μέσα της δεκαετίας του ’80. Από τις 11 διαστάσεις οι 7 αναδιπλώνονται και συμπαγοποιούνται έτσι που δεν είναι αντιληπτές από τις αισθήσεις μας.
Οι φυσικοί κατέληξαν στο σύμπαν των 11 διαστάσεων επειδή τα υποατομικά σωματίδια, όπως για παράδειγμα τα κουάρκ, δεν κινούνται μόνο στις τέσσερις διαστάσεις αλλά σε 11.
Οι φυσικοί βέβαια βρίσκονται, έτσι κι αλλιώς, σ’ έναν άλλο κόσμο. Για όλους εμάς, τους κοινούς θνητούς, το σύμπαν είναι τρισδιάστατο. Μόνο έτσι αντιλαμβανόμαστε τον χώρο που μας περιβάλλει, γιατί παρ’ όλο που υπάρχει και ο χρόνος, συνήθως τον ξεχνάμε, αν και όλα κινούνται ουσιαστικά μέσα του (και όχι μέσα στο χώρο). Και βρίσκονται μέσα του γιατί ο χρόνος είναι αυτός που κινείται και όχι ο χώρος.
Επειδή έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε τα πάντα τρισδιάστατα, μας είναι δύσκολο να αντιληφθούμε τα πορίσματα της νέας έρευνας σχετικά με τον εγκέφαλο. Ωστόσο οι επιστήμονες έκαναν ένα σημαντικό βήμα που φιλοδοξεί να φωτίσει τα αρχιτεκτονικά μυστικά του ανθρώπινου εγκεφάλου.
ν
Οι εγκαταστάσεις του ερευνητικού προγράμματος Blue Brain Project – EPFL στις όχθες της λίμνης Λε Μαν στη Γενεύη. Image: Supplied
ν
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε από μια ομάδα επιστημόνων που μετέχουν στο πρόγραμμα Blue Brain Project – μια ελβετική ερευνητική πρωτοβουλία αφιερωμένη στην οικοδόμηση μιας υπερυπολογιστικής ανασυγκρότησης του ανθρώπινου εγκεφάλου. Το πρόγραμμα χρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή με ένα δισεκατομμύριο ευρώ.
Στόχος της ομάδας είναι να βρει τον ακριβή τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος μας παρέχει την ικανότητα σκέψης και συνείδησης. Και αυτό γιατί παρά τους διθύραμβους των προηγούμενων δεκαετιών ότι «η συνείδηση του ανθρώπου είναι προϊόν της φυσικής δραστηριότητας του εγκεφάλου» και ότι «η ελεύθερη βούληση αποτελεί μια ψευδαίσθηση, ένα καπρίτσιο του νου για να ικανοποιήσει την αυταρέσκειά του, ενώ στην πραγματικότητα ο εγκέφαλος λειτουργεί ως αυτόματο», οι θέσεις αυτές φαντάζουν πλέον παιδιάστικες και το τι είναι πραγματικά ο εγκέφαλος και πώς λειτουργεί παραμένει ένα από τα πιο θεμελιώδη μυστήρια της επιστήμης.
ν
Ο Χένρι Μάρκραμ είναι καθηγητής Νευροεπιστήμης στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (EPFL), διευθυντής του Εργαστηρίου Νευρωνικών Μικροκυκλωμάτων (LNMC) και ιδρυτής και διευθυντής του Blue Brain Project. Image: Supplied
ν
Ο εγκέφαλος, το πιο πολύπλοκο αντικείμενο στο γνωστό σύμπαν, εκτιμάται ότι έχει 100 τρισεκατομμύρια νευρώνες που συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν τα τεράστια κυψελοειδή δίκτυα που μας επιτρέπουν να σκεφτόμαστε και να εκτελούμε εξαιρετικά περίπλοκες εργασίες που κανένα άλλο έμβιο ον δεν μπορεί.
Ωστόσο, οι επιστήμονες του Blue Brain Project, όπως αναφέρουν στη μελέτη τους που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό υπολογιστικής νευροεπιστήμης Frontiers in Computational Neuroscience, ανακάλυψαν ότι τα πράγματα είναι πολύ πιο σύνθετα απ’ όσο είχαν φανταστεί.
«Βρήκαμε έναν κόσμο που ποτέ δεν είχαμε διανοηθεί ότι υπάρχει», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Χένρι Μάρκραμ (Henry Markram).
«Υπάρχουν δεκάδες εκατομμύρια [ομάδες νευρώνων] ακόμα και στο πιο μικρό τμήμα του εγκεφάλου, που λειτουργούν σε επτά διαστάσεις. Σε ορισμένα δίκτυα βρήκαμε δομές που καταλαμβάνουν έως και 11 διαστάσεις».
Αυτές οι δομές πολλών διαστάσεων εμφανίζονται όταν κάθε νευρώνας συνδέεται με άλλους με τέτοιο τρόπο που δημιουργείται ένα ιδιόμορφο γεωμετρικό αντικείμενο. Όσο περισσότεροι νευρώνες εμπλέκονται μαζί στην ίδια «κλίκα», τόσο αυξάνονται οι διαστάσεις αυτού του γεωμετρικού αντικειμένου.
Αυτό πιθανώς εξηγεί γιατί είναι τόσο δύσκολο να καταλάβει κανείς τον εγκέφαλο. Είναι προφανές ότι αν ο άνθρωπος δυσκολεύεται αφάνταστα να «πιάσει» τον κόσμο των τεσσάρων διαστάσεων του Αϊνστάιν (το χωροχρονικό συνεχές), κόσμοι με περισσότερες διαστάσεις γίνονται υπερβολικά πολύπλοκοι ακόμη και για την πιο δυνατή φαντασία.
ν

Πολλαπλοί κόσμοι

Η νέα αποκάλυψη κατέστη εφικτή χάρη στη συνεργασία των νευροεπιστημόνων με μαθηματικούς, οι οποίοι ειδικεύονται στην αλγεβρική τοπολογία, έναν κλάδο των μαθηματικών που περιγράφει συστήματα με οποιονδήποτε αριθμό διαστάσεων.
Το 2015 το πρόγραμμα Blue Brain παρουσίασε το πρώτο ψηφιακό αντίγραφο ενός τμήματος του νεοφλοιού, του πιο εξελιγμένου μέρους του εγκεφάλου. Στο πλαίσιο της νέας μελέτης έγιναν –με τη βοήθεια της αλγεβρικής τοπολογίας– πολλαπλά τεστ στον ψηφιακό εγκεφαλικό ιστό, τα οποία έδειξαν ότι οι πολυδιάστατες δομές του εγκεφάλου που ανακαλύφθηκαν αποκλείεται να δημιουργήθηκαν κατά τύχη.
ν
Αριστερά, απεικόνιση των δικτύων του εγκεφάλου και, δεξιά, χρήση της αλγεβρικής τοπολογίας στη νευροεπιστήμη. Πηγή: Blue Brain Project
ν
Ακολούθησαν πειράματα σε πραγματικό εγκεφαλικό ιστό στο EPFL που επιβεβαίωσαν ότι ο εγκέφαλος συνεχώς «ανακαλωδιώνεται» στη διάρκεια της ανάπτυξής του για να δημιουργήσει ένα δίκτυο με όσο γίνεται περισσότερες δομές που έχουν πολλές διαστάσεις.
Εδώ και χρόνια οι νευροεπιστήμονες πασχίζουν να βρουν πού αποθηκεύει ο εγκέφαλος τις αναμνήσεις του. Όπως είπε ο καθηγητής Μάρκραμ, «αυτές μπορεί τελικά να κρύβονται σε κοιλότητες ανάμεσα στις ανώτερες διαστάσεις».
Ο φιλόδοξος στόχος του Blue Brain Project είναι να δημιουργήσει –με τη βοήθεια υπερυπολογιστή– ακριβείς ψηφιακές αναπαραστάσεις και προσομοιώσεις του εγκεφάλου των τρωκτικών, αρχικά, και στη συνέχεια του ανθρώπου.
Με άλλα λόγια, δεν θα ήταν καθόλου υπερβολή αν λέγαμε ότι οι ανώτερες ψυχικές και νοητικές λειτουργίες, αυτό το «κάτι» που παρέχει στον άνθρωπο όλα όσα τον διαφοροποιούν από τα ζώα, βρίσκεται «έξω» από τον κόσμο μας, σε κάποια άλλη διάσταση, και συνδέεται με το σώμα και τον εγκέφαλο με τρόπο που δεν μπορούμε ακόμη να κατανοήσουμε.
Αξίζει να σημειωθεί ότι οι αρχαίοι φιλόσοφοι, όπως ο Αριστοτέλης, αλλά και γιατροί όπως ο Ηρόφιλος (4ος αιώνας π.Χ.) τοποθετούσαν έξω από το ανθρώπινο σώμα το νου και την ψυχή, δηλαδή τις ανώτερες γνωστικές λειτουργίες, λέγοντας ότι βρίσκονται σε άλλη διάσταση κι ότι συνδέονται με το σώμα και συγκεκριμένα με την τέταρτη κοιλία του εγκεφάλου, με κάποιο είδος νήματος. Φυσικά μιλάμε για τον διαισθητικό ή αφηρημένο νου (που μερικές φορές ονομάζεται και ανώτερος Εαυτός) και όχι για τον ρηματικό νου που παράγει καθημερινά τις σκέψεις.
ν

The Human Brain Project: Future Neuroscience
ν

ν

A brain in a supercomputer | Henry Markram
ν

ν