Les neuroscientifiques ont découvert des structures géométriques jusqu'alors inconnues dans le cerveau qui pourraient expliquer la façon dont nous nous souvenons des choses et effectuons des tâches complexes.
Une équipe de chercheurs, dont le professeur Ran Levi de l'Institut de mathématiques de l'Université d'Aberdeen, a découvert un « univers » de structures géométriques multidimensionnelles au sein de réseaux cérébraux en utilisant topologie algébrique, une branche des mathématiques qui utilise les outils de l'algèbre abstraite pour étudier des objets géométriques.
En utilisant cette technique sophistiquée d’une manière jamais utilisée auparavant en neurosciences, ils ont fait une découverte importante qui pourrait avoir des implications significatives pour notre compréhension du cerveau.
Le professeur Levi a expliqué : « Pour un topologue, le cerveau est comme un réseau géant avec des points (neurones) et des chemins (connexions entre eux).
"Il est naturel d'en déduire l'existence de structures géométriques qui apparaissent lorsqu'un groupe de neurones forme une clique, chaque neurone se connectant à tous les autres neurones du groupe pour générer un objet géométrique précis : trois neurones forment un triangle, quatre un tétraèdre et ainsi de suite.
« Nous avons découvert des dizaines de millions de telles structures dans des réseaux cérébraux, qui dans certains cas ont jusqu'à sept dimensions, c'est-à-dire un réseau de huit neurones connectés entre eux de manière très organisée. Nos recherches suggèrent qu'il pourrait y avoir des structures capables de le faire. avoir jusqu'à onze dimensions ou plus.
La recherche a été menée par le Blue Brain Project, un institut de recherche basé à l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse qui vise à construire des reconstructions et des simulations numériques détaillées du cerveau.
De nombreux tests ont été effectués sur du tissu cérébral virtuel pour démontrer que les structures cérébrales multidimensionnelles découvertes ne pouvaient pas être produites par hasard. Des expériences ont ensuite été réalisées sur des tissus cérébraux réels au laboratoire Blue Brain à Lausanne, confirmant la pertinence biologique des découvertes antérieures sur les tissus virtuels.
Les résultats suggèrent également que le cerveau se recrée constamment au cours de l'activité pour construire un réseau avec autant de structures de haute dimension que possible, ce que l'équipe a décrit comme un cerveau qui crée et désintègre continuellement des « châteaux de sable ».
Le professeur Levi a déclaré : « Lorsqu’elles sont stimulées, des fissures de dimensions progressivement plus élevées s’assemblent momentanément pour renfermer des trous ou « cavités » de grande dimension.
"L'apparition de ces cavités lorsque le cerveau traite l'information signifie que les neurones du réseau réagissent aux stimuli de manière extrêmement organisée. Il s'agit d'une découverte passionnante qui commence à révéler les secrets architecturaux les plus profonds du cerveau."
Le professeur Levi a travaillé en collaboration avec le fondateur du Blue Brain Project, le professeur Henry Markram, et le professeur Kathryn Hess, mathématicienne à l'EPFL. Leurs travaux ont été publiés dans Frontiers in Computational Neuroscience.
Le professeur Markram a déclaré : « La grande question que nous nous posons maintenant est de savoir si la complexité des tâches que nous pouvons effectuer dépend de la complexité des « châteaux de sable » multidimensionnels que le cerveau peut construire.
"Les neurosciences ont également eu du mal à trouver où le cerveau stocke ses souvenirs. Ils pourraient être "cachés" dans ces cavités de grande dimension."