Vous ne savez peut-être pas qu'une étude de l'EPFL de Lausanne, Suisse (publiée depuis un certain temps sur Frontières de la neuroscience computationnelle) a révélé que les structures cérébrales humaines fonctionnent jusqu'à 11 dimensions.
"Nous avons trouvé un monde multidimensionnel que nous n'avions jamais imaginé", explique le neuroscientifique Henri Markram, directeur du Blue Brain Project (qui a mené la recherche) et professeur à l'EPFL.
Un univers multidimensionnel au sein du cerveau
Les images tentent de transmettre quelque chose au-delà de l'imagination : un royaume de structures et de lieux multidimensionnels. À gauche, une réplique numérique d'une partie du néocortex, qui est la région la plus évoluée du cerveau. Formes allant de 1 à 7 dimensions et au-delà. Le "trou noir" au centre symbolise un complexe d'espaces multidimensionnels ou de cavités.
Dans l'étude, les chercheurs ont révélé que les réseaux de neurones contenus dans ces cavités fournissent le chaînon manquant entre la structure et la fonction neuronales.
« Il y a des centaines de millions de ces objets, même dans une petite partie du cerveau, jusqu'à sept dimensions. Nous avons découvert des structures jusqu'à onze dimensions dans certains réseaux », a déclaré Markram.
Les maths ne suffisaient pas

Les vues mathématiques traditionnelles, selon ces études sur le cerveau humain, sont insoutenables et inefficaces. "Les mathématiques habituellement appliquées aux réseaux d'étude ne peuvent pas détecter la structure multidimensionnelle que nous voyons maintenant clairement", a révélé Markram.
Au lieu de cela, les scientifiques ont décidé d'utiliser la topologie algébrique. C'est une branche des mathématiques qui utilise des outils d'algèbre abstraite pour étudier les espaces topologiques. Dans l'étude, les scientifiques du Blue Brain Project ont été assistés par des mathématiciens Catherine Hess de l'EPFL et Ran Lévi de l'Université d'Aberdeen.
« La topologie algébrique est comme un télescope et un microscope en même temps. Il peut zoomer sur les réseaux pour révéler des structures auparavant indétectables. Bref, dans une forêt métaphorique, il peut voir à la fois des arbres et des espaces vides (des clairières) », a ajouté le professeur Hess.
Le cerveau humain multidimensionnel peut créer des structures jusqu'à 11 dimensions
Les scientifiques ont découvert que les structures cérébrales sont créées lorsqu'un groupe de neurones - des cellules qui transmettent des signaux dans le cerveau - forment quelque chose appelé clique. Chaque neurone est connecté de manière unique à tous les autres neurones du groupe, créant un nouvel objet. Plus il y a de neurones dans une clique, plus la "taille" de l'objet est grande.
Les scientifiques ont pu construire un cerveau virtuel à l'aide d'ordinateurs, puis modéliser ses structures à l'aide de la topographie algébrique. Ils ont ensuite mené des expériences sur de vrais tissus cérébraux pour confirmer les résultats. Les chercheurs ont découvert des cavités entre les cliques en ajoutant des stimuli au cerveau virtuel.
"L'apparition de chaque cavité multidimensionnelle lorsque le cerveau traite l'information signifie que les neurones du réseau réagissent aux stimuli de manière très organisée", a expliqué Levi.
C'est comme si le cerveau réagissait à un stimulus en construisant puis en rasant une tour de blocs multidimensionnels, en commençant par des bâtonnets (1D), puis des tables (2D), puis des cubes (3D), puis des géométries plus complexes avec 4D, 5D, etc. La progression de l'activité dans le cerveau ressemble à un château de sable multidimensionnel qui se matérialise à partir du sable puis se désintègre.
Ran Lévi , Université d'Aberdeen.
De nouvelles données sur le cerveau humain offrent un aperçu sans précédent de la façon dont le cerveau humain traite l'information.

Où en sommes-nous aujourd'hui ?
La découverte historique a donné une forte impulsion à la recherche sur le fonctionnement du cerveau. Covid en a ralenti certains, mais les questions sur le cerveau "multidimensionnel" sont toujours sur la table. Les scientifiques ont déclaré qu'il n'est toujours pas clair, par exemple, comment les cliques et les cavités se forment à leur manière très spécifique.
De nouvelles études (également guidées par l'intelligence artificielle de plus en plus performante) aideront les scientifiques à démêler cet arcane, et du même coup ceux qu'il entraîne avec lui. Par exemple, l'un des plus grands mystères des neurosciences : où le cerveau "stocke" ses souvenirs. "Peut-être dans une cavité multidimensionnelle", conclut Markram.