Çoğu insan için, dünyayı dört boyutta düşünmek hayal gücünü zorlayan bir mesele. Fakat yeni bir çalışma, beyinde 11 boyuta kadar yapılar keşfetti. Çığır açan bu çalışma beynin en derin mimari sırlarını açığa çıkarmaya başladı.
Cebirsel topolojinin sinirbilimde daha önce hiç kullanılmadığı bir şekilde kullanılmasıyla, Blue Brain Project adlı ekipten bir grup, beynin ağlarında çok boyutlu geometrik yapılar ve uzamlar evreni olduğunu açığa çıkardı.
Frontiers in Computational Neuroscience dergisinde yayımlanan çalışma, bu yapıların bir grup nöronun klik oluşturacak şekilde bir araya geldiğinde (her nöron diğer nöronlara belirli bir geometrik nesne oluşturacak şekilde bağlandığında) ortaya çıktığını gösteriyor. Klik içindeki nöron sayısı arttıkça geometrik nesnenin de boyut sayısı artıyor.
Blue Brain Project’in yöneticisi ve İsviçre, Lozan’daki EPFL’de profesör olan sinirbilimci Henry Markram daha önce hiç hayal etmedikleri bir dünya bulduklarını ifade ediyor. Beynin ufak bir zerresinde dahi yedi boyuta kadar ulaşan bu objelerden on milyonlarca bulunduğunu ve bazı ağlarda 11 boyuta kadar yapıların olduğunu da ekliyor.
Markram, bunun beyni anlamanın ne kadar zor olduğunu açıklayabileceğini öne sürüyor. Markram’a göre, ağları çalışmak için genellikle uygulanan matematik, şu an açıkça görebildiğimiz çok boyutlu yapıları ve uzamları tespit edemiyor.
Eğer 4D dünyalar hayal gücümüzü zorluyorsa, beş, altı ya da daha fazla boyutlu olanlar çoğumuza göre kavramak için fazla karmaşık oluyor. İşe burada cebirsel topoloji dahil oluyor. Cebirsel topoloji, herhangi bir sayıdaki boyuta sahip sistemleri tanımlayabilen bir matematik dalı. Blue Brain Project’in beyin ağları çalışmalarına cebirsel topolojiyi katan matematikçiler ise EPFL’den Kathryn Hess ve Aberdeen Üniversitesi’nden Ran Levi.
Hess, cebirsel topolojinin aynı anda hem bir teleskop hem de bir mikroskop gibi olduğunu, gizli yapıları bulabilmek için ağlara zum yapabildiğini ve boş uzamları da aynı anda görebildiğini belirtiyor, tıpkı ormandaki ağaçları ve açıklık alanları aynı anda görmek gibi.
2015’de, Blue Brain, beynin en fazla evrimleşmiş bölümü olmakla birlikte algı, eylem ve bilinç merkezi olan bir neokorteks parçasının ilk dijital kopyasını yayınladı. Bu son çalışmada, cebirsel topoloji kullanarak, keşfedilen çok boyutlu beyin yapılarının asla şans eseri üretilemeyeceğini göstermek için sanal beyin dokusu üzerinde çoklu testler yapıldı. Deneyler daha sonra Blue Brain’in Lozan’daki yaş kimya analiz laboratuvarında gerçek beyin dokuları üzerinde tekrarlandı. Böylece sanal dokular üzerindeki keşiflerin biyolojik olarak ilişkili olduğu onaylandı ve beynin gelişim sırasında sürekli olarak mümkün olduğunca fazla boyutlu yapılar inşa etmek için kendini yeniden yapılandırdığı belirtildi.
Araştırmacılar sanal beyin dokularına uyaran verdiğinde, gittikçe artan boyutlardaki klikler, araştırmacıların kavite adını verdiği yüksek boyutlu boşlukları kapatmak için anlık olarak toplaşıyordu. Levi, beyin bilgi işlerken yüksek boyutlu kavitelerin görünmesinin ağdaki nöronların uyarana son derece organize bir şekilde tepki verdiği anlamına geldiğini belirtiyor ve şöyle devam ediyor: “Bu, sanki beyin bir uyarana çok boyutlu blok kuleleri kurup sonra onları yıkarak tepki veriyormuş gibi, rodlarla başlıyor (1D), sonra kalaslar (2D), sonra küpler (3D) ve sonra da 4D, 5D olarak devam eden daha karmaşık geometriler… Beyindeki aktivitenin ilerleyişi, kum ile maddileşen ve sonra ufalanan çok boyutlu bir kumdan kaleye benziyor.”
Araştırmacıların şu an sorduğu büyük soru ise, gerçekleştirdiğimiz işlerin karmaşıklığının, beynin inşa edebildiği çok boyutlu “kumdan kalelerin” karmaşıklığına bağlı olup olmadığı. Sinirbilimciler ayrıca beynin hafızayı nerede sakladığını bulmak için de uğraşıyor. Markram, bunların çok boyutlu kaviteler içinde saklanıyor olabileceğini tahmin ediyor.
