При помощи алгебраической топологии, описывающей свойства объектов и пространств вне зависимости от изменений их формы, ученые заметили, что нейроны соединяются в группы, и число нейронов в них указывает на размер этого многомерного геометрического объекта.

«Мы обнаружили мир, о котором даже не подозревали, — говорит Генри Маркрам, руководитель проекта. — Даже в небольшой крупинке мозга этих объектов десятки миллионов, у которых до 7 измерений. А в некоторых сетях их число доходило до 11».

Для проведения математического анализа нейробиологи воспользовались подробной компьютерной моделью неокортекса, которую создали еще в 2015 году. Неокортекс, или новая кора — самая «современная» часть нашего мозга, сформировавшаяся позже всего, и отвечающая за функции высшего порядка — сознание и восприятие.

В мозгу человека примерно 86 миллиардов нейронов, и связи между ними простираются во всех возможных направлениях, образуя сеть, формирующую наше сознание.

После разработки математической модели ученые протестировали ее на виртуальных стимулах, а затем испытали на подопытных крысах. И обнаружили большое число многомерных геометрических структур в мозгу, сформированных нейронами и пустыми пространствами между ними, которые не видели раньше в нейронных сетях, ни в биологических, ни в искусственных.

Пустые пространства между нейронами оказались критически важными для функционирования мозга. Когда в мозг поступает стимулирующий сигнал, нейроны реагируют на него крайне организованно. «Выглядит это так, будто мозг откликается на стимулы, создавая, а затем увеличивая башню из многомерных блоков, начиная с одномерных палочек, затем переходя к доскам (2D), затем к кубам (3D), затем к более сложной геометрии с 4D, 5D и т. д.», — говорит участник проекта, математик Ран Леви.

Это открытие дает новое понимание процессов обработки информации мозгом. Ученым еще предстоит разобраться, что именно заставляет группы нейронов соединяться в такие конструкции, пишет Science Alert.