В МОЗГЕ НАШЛИ 11 ИЗМЕРЕНИЙ

Человеческий мозг-сложная многоуровневая система. Связи внутри нейронной сети образуют иерархическую структуру начиная с самой клетки до уровня всего мозга. Между тем, на самом низком уровне, каждый синапс-это сложная молекулярная система сама по себе. Взаимодействия между этими уровнями являются одним из факторов, определяющих работу мозга. Но как именно структура мозга определяет его функции,пока не изучено. Компания IBM и Швейцарский Федеральный Технический Институт Лозанны с 2005 года совместно работают над проектом (Blue Brain)по компьютерному моделированию головного мозга, включая разные уровни организации и их взаимодейcтвие. Им уже удалось детально описать связь между нейронами, процессы на молекулярном уровне и электрические процессы небольшого участка неокортекса молодых крыс объемом в 0.3 мм^3. Для этого им пришлось проанализировать 31 тысячу нейронов и 8 миллионов нейронных связей.

  Дело в том, что электрическое взаимодействие между нейронами можно описать как неориентированные графы, потому что информация может передаваться в обоих направлениях. А вот химический сигнал предполагает передачу информацию от пре-синаптического окончания к пост-синаптическому. Поэтому можно представить нейронную сеть как ориентированный граф, где нейроны-это вершины, а связи между ними-ребра. Структурный граф содержит все синаптические связи, а функциональный, являясь подграфом структурного графа, описывает только те соединения, которые активны в определенный отрезок времени. Таким образом, ответ на стимул может быть рассмотрен как ряд динамики функциональных графов.

Ученые применили этот подход к компьютерной модели неокортекса молодых мышей и обнаружили, что во время обработки сигнала образуется множество разнообразных клик(подмножество вершин графа (здесь-нейронов), соединенных определенным образом) и полостей. Стимулируя и анализируя реакцию 42 вариантов микроконнектома(описание нейронных связей определенного участка), они обнаружили, что на разные стимулы один и тот же вариант "отзывается" по-разному, а на один и тот же стимул разные микроконнектомы "отзываются" одинаково. Размерность образуемых структур может достигать одиннадцати. Причем есть взаимосвязь между активностью нейронов и размерностью клики, к которой они принадлежат. Чем выше активность, тем более сложные структуры "возводит" и "разбирает" мозг во время обработки сигнала.

«Исследовали обнаружили мир, который мы до этого не могли себе представить», — говорит Генри Маркрам (Henry Markram), директор проекта Blue Brain и профессор в институте EPFL в Лозанне, Швейцария.

Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Computational Neuroscience: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fncom.2017.00048/full