Peut-être ne savez-vous pas qu'une étude de l'EPFL à Lausanne, en Suisse (publiée il y a quelque temps sur Frontières de la neuroscience computationnelle) a révélé que les structures cérébrales humaines fonctionnent jusqu'à 11 dimensions.
"Nous avons découvert un monde multidimensionnel que nous n'aurions 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 dans le cerveau
Les images cherchent à transmettre quelque chose au-delà de l'imagination : un royaume de structures et de lieux multidimensionnels. À gauche se trouve une réplique numérique d’une partie du néocortex, qui est la région la plus avancée du cerveau. Formes allant de 1 à 7 dimensions et au-delà. Le « trou noir » au centre symbolise un complexe d’espaces ou de cavités multidimensionnelles.
Dans l’étude, les chercheurs ont révélé que les réseaux de neurones contenus dans ces cavités constituent le chaînon manquant entre la structure et la fonction neuronale.
« Il existe des centaines de millions de ces objets, même dans un petit point du cerveau, jusqu’à sept dimensions. Nous avons découvert des structures allant jusqu'à onze dimensions dans certains réseaux », a déclaré Markram.
Les maths ne suffisaient pas
Selon ces études sur le cerveau humain, les conceptions mathématiques traditionnelles sont insoutenables et inefficaces. "Les mathématiques généralement appliquées aux études de réseaux ne peuvent pas détecter la structure multidimensionnelle que nous voyons clairement aujourd'hui", a révélé Markram.
Les scientifiques ont plutôt 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 e Ran Lévi de l'Université d'Aberdeen.
«La topologie algébrique est à la fois comme un télescope et un microscope. Il peut zoomer sur les réseaux pour révéler des structures auparavant indétectables. Bref, dans une forêt métaphorique, on voit à la fois les arbres et les espaces vides (les 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 ce qu'on appelle 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 d’une topographie algébrique. Ils ont ensuite mené des expériences sur de vrais tissus cérébraux pour confirmer leurs 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 extrêmement 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 tiges (1D), puis des planches (2D), puis des cubes (3D), et enfin 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 ?
Cette découverte historique a donné un élan important à la recherche sur le fonctionnement du cerveau. Le Covid en a ralenti certains, mais les questions sur le cerveau « multidimensionnel » restent toutes sur la table. Les scientifiques ont déclaré que l'on ne sait pas encore clairement, par exemple, comment les cliques et les cavités se forment de manière très spécifique.
De nouvelles études (également guidées par une intelligence artificielle de plus en plus efficace) pourront aider les scientifiques à percer ce mystère et ceux qu’il entraîne. Par exemple, l’un des plus grands mystères des neurosciences : où le cerveau « stocke » ses souvenirs. « Peut-être directement dans une cavité multidimensionnelle », conclut Markram.
