研究者らが脳の多次元宇宙を明らかにする
人間の脳は、絶え間なく変化する通路の入り組んだ迷路であり、ルートは毎日作成され、強化され、解体されています。 これに加えて、数十億のニューロンが、絶えず変化する経路を介して毎日、一日中相互に通信しています。 それらの接合部にはシナプスがあり、その数は約 1 兆個です。 これだけでも十分に複雑に聞こえる場合は、気が遠くなるような 11 の次元をミックスに追加してください。
準備を整えてください。この新しい研究は、頭の混乱を招くものになるでしょう。
Frontiers in Computational Neuroscience に掲載されたこの研究は、代数トポロジーを使用して脳の多次元構造を明らかにしています。 この数学分野では、抽象代数を利用して、球、結び目、トーラスなどの位相空間を研究します。
Blue Brain Project のチームは、脳内の構造と空間の図を描くために、主に「クリーク」と「空洞」に焦点を当てました。 ニューロンがクリークを形成すると、正確な幾何学的オブジェクトを形成する方法でグループ内の他のすべてのニューロンに接続します。 クリーク内のニューロンが多いほど、接続が多くなり、オブジェクトの次元が大きくなります。
ブルー・ブレイン・プロジェクトの責任者である神経科学者のヘンリー・マークラム氏は声明で、「私たちは想像もしていなかった世界を発見した。脳の小さな斑点の中にさえ、XNUMX次元までのこれらの物体が何千万個も存在する」と述べた。 一部のネットワークでは、最大 XNUMX 次元の構造も発見されました。」
このような研究の目的は、私たちが持っている脳の比較的平坦な表現を剥がして、脳の多次元的な内部動作を明らかにしようとすることです。
モデルの観点から言えば、多次元の「クリーク」を構成するニューロンと接続の表現。 上は 5 次元のシンプレックスです。 ブルー ブレイン プロジェクト その後、チームが仮想脳に刺激を追加すると、徐々に高次元のクリークが集まり、穴または空洞が密閉されました。 しかし、こうした発展の多くは一時的なものでした。
共著者のラン・レヴィは、これをよりシンプルな方法で表現しています。「脳が情報を処理しているときに高次元の空洞が現れるということは、ネットワーク内のニューロンが非常に組織化された方法で刺激に反応することを意味します。 あたかも脳が刺激に反応して、棒 (1D) から始まり、次に板 (2D)、次に立方体 (3D)、そして 4D、5D のより複雑な形状という多次元ブロックの塔を構築して破壊するようなものです。 、など。 脳を通じた活動の進行は、砂から物質化してから崩壊する多次元の砂の城に似ています。」
研究チームは、実際の脳組織で結果をテストすることで、その結果を検証するために最善を尽くしました。 彼らは、仮想的な発見は生物学的に関連性があると述べ、脳は発達中に高次元の構造を構築するために常に再配線していることを示唆しています。
この研究で使用されるオブジェクトは、このモデルの空間の外側で XNUMX 次元を超えていないことに注意することが重要です。単に、複雑さを説明するために使用される数学がそれ以上の次元を持つ可能性があるというだけです。
研究者らが脳の多次元宇宙を明らかにする
人間の脳は、絶え間なく変化する通路の曲がりくねった迷路です。ルートは毎日作成され、強化され、解体されます。 さらに、何十億ものニューロンが存在し、これらの絶えず変化する通路を介して毎日、互いに通信しています。 それらの接合部にはシナプスがあり、その数は約 1 兆個です。 これだけでも十分に複雑に聞こえる場合は、驚くべき 11 の次元をミックスに追加してください。
準備を整えてください、この新しい研究は頭をひねるようなものになるはずです。
Frontiers in Computational Neuroscience に掲載されたこの研究は、代数トポロジーを使用して脳の多次元構造を明らかにしています。 この数学分野では、抽象代数を活用して、球、結び目、トーラスなどの位相空間を研究します。
Blue Brain Project チームは、脳内の構造と空間の図を描くために、主に「クリーク」と「空洞」に焦点を当てました。 ニューロンがクリークを形成すると、グループ内の他のすべてのニューロンに接続して、正確な幾何学的オブジェクトを形成します。 クリーク内のニューロンが多いほど、接続が多くなり、オブジェクトのサイズが大きくなります。
ブルー・ブレイン・プロジェクトの責任者である神経科学者のヘンリー・マークラム氏は声明で、「私たちは想像もしていなかった世界を発見した」と述べた。一部のネットワークでは、最大 XNUMX 次元の構造も発見されました。」
この研究の目標は、私たちが持つ比較的平坦な脳の表現を排除し、脳の多次元的な内部動作を明らかにすることです。
モデル用語で言えば、多次元の「クリーク」を構成するニューロンと接続の表現。 上は 5 次元のシンプレックスです。 ブルー ブレイン プロジェクト 次に、チームが仮想脳に刺激を追加すると、進歩的なグループが徐々に集まり、穴または空洞が閉じられました。 しかし、こうした発展の多くは一時的なものでした。
共著者のラン・リーヴァイは、これをもっと単純に説明しています。「脳が情報を処理するときに高次元の空洞が現れるということは、ネットワーク内のニューロンが高度に組織化された方法で刺激に反応することを意味します。 それはあたかも脳が刺激に反応して、棒 (1D)、板 (2D)、立方体 (3D)、そして 4D、5D などのより複雑な幾何学形状から始まる多次元ブロックの塔を構築したり破壊したりするようなものです。 脳を介した活動の進行は、砂から物質化してから崩壊する多次元の砂の城のようなものです。
チームは、実際の脳組織で結果をテストすることで結果を検証するために最善を尽くしました。 彼らは、彼らの仮想発見は生物学的に関連性があり、脳が発達中に高次元の構造を構築するために常に入れ替わっていることを示唆していると述べています。
この研究におけるオブジェクトは、このモデルの空間の外側では XNUMX 次元を超えていないことに注意することが重要です。単に、複雑さを説明するために使用される数学がより多くの次元を持つことができるというだけです。
優勢ニューロン
研究者らは、マウスの特定の脳領域を人為的に活性化することで、恐れを抱く雄を自信に満ちた優勢な雄に変えた。
いくつかのニューロンを活性化するだけで、怖がりの内向的な男性を自信に満ちた支配的な男性に変えるのに十分だったらどうなるでしょうか? いずれにせよ、これは上海生物科学研究所のTingting Zhou氏と彼の同僚がマウスで達成したところだ。
研究者らは、チューブ内で向かい合って置かれたげっ歯類のペアの脳活動を記録することにより、優位な行動（相手を押すなど）の場合により活性化するニューロンを検出した。 いわゆる光遺伝学技術を使用して、彼らは優勢なオスのこれらのニューロンを人為的に活性化し、その後、彼らは法則を課し、仲間のオスを強制的にチューブ内に退避させた。
発見されたニューロンは、背内側前頭前皮質に位置しており、この領域は、必要な努力だけでなく、費用と便益の評価に関与する領域でもある。 したがって、多かれ少なかれ意識的なこの種の分析は、支配的な行動の採用の根底にある可能性があります。
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まったく新しい種類の目の錯覚により、場所、曲率、角度、またはその両方が見えるようになります。 これを曲率盲目錯視といいます。 実験心理学の教授が、わかりやすい例を示してくれました。
青年期の砂糖の過剰摂取：成人後のうつ病のリスク?
思春期は脳の発達にとって重要な時期です。 ボルドー大学の神経科学者らは、ラットが思春期にスクロースを無制限に摂取すると、成人期の脳の可塑性、モチベーション、感情的行動に支障をきたすことを示した。 観察された変化は、抗うつ薬による慢性治療によって修正されます。 これらの結果は、甘い食べ物や飲み物の過剰摂取が成人後の脳の成熟と精神的健康に悪影響を与える可能性があるという疑問を提起します。
思春期の脳はまだ成熟しているため、環境に対して特に敏感です。 しかし、青年期は薬物、アルコールだけでなく、糖分が非常に豊富な食品（炭酸飲料、工業食品）の過剰摂取が多いのが特徴で、後者は20日のカロリー量の最大XNUMX％を占める場合があります。 しかし、思春期における砂糖の過剰摂取が脳に及ぼす影響については、依然としてほとんど理解されていません。
INCIA (CNRS) の Addictteam チームの研究者たちは、思春期における砂糖摂取の長期的な影響に関する前臨床プロジェクトを数年間開発してきました。 彼らは、NutriNeuro (INRA) と共同で、ラットの思春期に甘い溶液 (5%) に無制限にアクセスすると、成人期に動機が低下し、タイプタイプの行動が増加することを示しました。海馬の神経新生も減少します。 これらの変化は、前臨床モデルでは古典的に「うつ病」型状態の兆候として解釈されています。
さらに、抗うつ薬（イミプラミン）による慢性的な治療は、青年期の砂糖水の過剰摂取に伴う神経行動変化の出現を防ぐのに役立ちます。 研究者らは現在、関与する神経回路の解明に興味を持っている。 この研究は、思春期に砂糖が豊富な（報酬の高い）食品を過剰に摂取すると、脳の発達軌道が変化し、成人期にうつ病状態の出現を促進することを示唆しているため、重要な社会的意義を持っています。
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「青年」ラット（生後30日から46日）には、水の入ったボトルと5％の砂糖水の入ったボトルの4つのボトルを自由に摂取させました。 砂糖入りの水はすぐに好まれ、飲む量も非常に多くなります（通常の水の消費量の最大 XNUMX 倍）。 砂糖水を摂取したラットは成体になると、おいしいご褒美を得ようとする意欲が低下し、強制水泳テストでは不安が増し、動けなくなりました。 これらの影響は、思春期後期から投与される抗うつ薬による慢性治療によって抑制されます。 さらに、脳レベルでは、思春期の砂糖の過剰摂取により成人の海馬の神経新生が減少しますが、これも抗うつ薬によって正常化されます。
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