Pek çok kişi için dördüncü boyutu anlamak bile hayal gücünü zorlarken yapılan bilimsel bir araştırma, beyindeki ağ yapılarının 11 boyuta kadar çıkabileceğini gösteriyor. Yapılan bu devrimsel çalışma sayesinde beynin en derin yapısal gizemleri aydınlatılabilecek.
Mavi Beyin Projesi, topolojik ağ analizi ile keşfetti: 11 boyutlu evren kafanızın içinde
İki bin yıl önce, antik Yunanlılar gece gökyüzüne baktılar ve yıldızlar arasında geometrik şekiller gördüler; avcı, aslan, su vazosu.
Bir bakıma, bu takımyıldızları, yıldızların evrenin kumaşında rastgele saçılmasını anlamlandırmak için kullandılar. Onlar için bu astronomiyi şekillere çevirerek, oldukça kompleks bir sistemde düzen ve anlam aramak için bir yoldu.
Yunanlılar yanılıyordu
Bir takımyıldızdaki yıldızların çoğunun birbiriyle ilgisi yok. Ancak yaklaşım hala varlığını sürdürüyor.
Mavi Beyin Projesi (the Blue Brain Project) insan beyninin karmaşıklığını açıklayabilecek bir önerme ortaya koydu. Kompleks bağlantıları grafikler halinde projelendiren bir matematik türü olan cebirsel topolojiyi kullanarak, sinir ağlarının yapısından çıkacak karmaşık işlevler için bir yol haritası çizdiler.
Ve bunu elde ederek beyin fiziksel olarak üç boyutlu dünyamızda yaşarken, iç sinir bağları (matematiksel olarak) daha yüksek boyutsal bir alan üzerinde çalışır.
İnsanlar için konuşmak gerekirse; Sinir bağlantılarının toplanması ve sökülmesi, beklenenden çok daha karmaşıktır. Ama şimdi bunları tanımlayacak bir dil tanımlanmış olabilir.
Cebirsel topoloji bugüne kadar nöro bilimde hiç kullanılmamıştı. İşte Blue Brain Projesi ekibi beyi ağlarının çok boyutlu evrensel geometrik yapılarını ve boşluklarını açığa çıkardı.
Frontiers in Computational Neuroscience dergisinde yayınlanan araştırma, her nöronun nasıl bir diğer nörona bağlanarak çok spesifik bir yolla kesin bir geometrik cismi nasıl ürettiğini ortaya koyuyor. Gruptaki nöron sayısı arttıkça, geometrik cismin boyutu da yükseliyor.
“Hayal bile edemeyeceğimiz bir dünya bulduk. Beynin ufacık bir noktasında bile, 7 boyuta çıkabilen bu nesnelerden on milyonlarca var. Bazı ağlarda ise bu yapılar 11 boyuta çıkabiliyor,” diyor Blue Brain Projesi direktörü Prof. Henry Markram
“Bu çeşit çalışmalarda uygulanan matematik, bizim gördüğümüz berraklıkta, yüksek boyutlu yapıları göremiyor.”
Çok boyutlu yapılar: Cebirsel topoloji
4 boyut bile hayal gücümüzü zorlarken 5, 6 ve hatta daha fazla boyut çoğumuz için oldukça kompleks. İşte bu aşamada cebirsel topoloji devriye girerek, herhangi bir boyutu tanımlayabiliyor. Bu çalışmanın cebirsel topolojisi ise EPFL’den Kathryn Hess ve Aberdeen Üniversitesi’nden Ran Levi tarafından yapıldı.
“Cebirsel topoloji aynı anda hem teleskop hem de mikroskop kullanmaya benziyor. Aynı anda ağlardaki gizli yapılara da bakabilirsiniz – ormandaki ağaçlar gibi ya da boşlukları – ağaçsız alanları aynı anda görebilirsiniz,” diyor Hess.
2015 yılında, Blue Beyin ne korteksin ilk dijital kopyasını yayınladı ki bu beyni duyular, hareketler ve bilinçle en çok evrilen kısmı.
Son araştırmada, cebirsel topoloji kullanarak, sanal beyin dokusu üzerinde çoklu testler yapılarak bugüne kadar şans eseri bile tespit edilemeyecek çok boyutlu beyin yapıları keşfedildi.
Sonrasında deneyler Blue Brain’in ıslak laboratuarında gerçek beyin dokusu üzerinde gerçekleştirildi. Sanal doku ile gerçek doku arasında biyolojik olarak ilişki olduğu ve ayrıca beynin sürekli bu gelişim aşamasında yeniden bağlanarak mümkün olduğunda çok yüksek boyutlu yapılar ortaya çıkardığını gösterdi.
Araştırmacılar sanal beyin dokusuna uyaran verdiğinde, gruplar progresif bir şekilde birleşerek anlık olarak en yüksek boyut deliklerine yaklaştılar yani araştırmacıların bahsettiği boşluklara.
“Yüksek boyutlu boşlukların görünmesi, beynin nöron ağlarının uyarımı ile bilgiyi işlemesiyle en üst organize olma durumudur. Beyin uyaranla reaksiyona girdiğinde; çubuklardan (1D), desteklere (2D), küplere (3D) ve sonra da çok daha kompleks 4D, 5D cisimlere dönüşüyor. Bu aktivite prosesi çok boyutlu kumdan kalelere benziyor, sonrasında kumun ayrışması gibi yeniden çözünüyor”, diyor Levi.
Araştırmacılar için asıl büyük soru ise, görevlerin karmaşıklığının, bu çok boyutlu kum kalelerinin karmaşıklığına bağlı olup olmadığıdır.
Bugün nörobilimin anlamakta zorlandığı konulardan biri olan beynin nereden anıları depoladığındaki gizem, belki de bu gizlenen çok boyutlu boşluklardan geçmektedir.