นักวิทย์พบความลับที่ซ่อนอยู่ในหัวเรา สมองไม่ได้ทำงานแค่ในรูปแบบ 3 มิติ แต่ประมวลผลซับซ้อนได้สูงสุดถึง "11 มิติ" !...
.
สิ่งที่เห็นอยู่นี้คือภาพจำลองดิจิทัลของสมองส่วน นีโอคอร์เทกซ์ (Neocortex) ซึ่งเป็นสมองส่วนที่มีความซับซ้อนและมีพัฒนาการสูงสุดของมนุษย์
ภายในภาพจะเห็นเส้นใยประสาทจำนวนมหาศาลได้ร่วมกันถักทอ เชื่อมโยงกันอย่างหนาแน่นจนดูคล้ายกับกลุ่มเมฆที่สับสนวุ่นวาย
ความซับซ้อนระดับนี้ทำให้การพยายามทำความเข้าใจว่าสมองทำงานอย่างไร กลายเป็นความท้าทายอย่างยิ่งสำหรับนักวิทยาศาสตร์
.
จนกระทั่งทีมนักวิทยาศาสตร์จากโครงการ บลูเบรน (Blue Brain Project) ของสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) ได้ตัดสินใจเปลี่ยนวิธีคิด
พวกเขานำสมการคณิตศาสตร์แขนงหนึ่งที่เรียกว่า โทโพโลยีพีชคณิต (Algebraic topology) เข้ามาใช้เป็นเครื่องมือเพื่อวิเคราะห์ทิศทางการส่งสัญญาณของเซลล์ประสาท
.
จนค้นพบว่าภายใต้ความยุ่งเหยิงนั้น เซลล์ประสาทกลับมีการเชื่อมต่อกันอย่างเป็นระบบระเบียบ โดยเซลล์ประสาทเหล่านี้จะจับกลุ่มกันในรูปแบบเฉพาะเจาะจงทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า คลีก (Clique)
และเมื่อกลุ่มเซลล์ประสาทเหล่านี้เชื่อมต่อกัน มันจะสร้างพื้นที่ว่างที่เรียกว่า โพรง (Cavity) ขึ้นมาเพื่อใช้ประมวลผลข้อมูล
หลักการคือ ยิ่งมีเซลล์ประสาทเข้ามาเกาะกลุ่มกันทำงานมากเท่าไหร่ รูปทรงเรขาคณิตที่เกิดขึ้นก็จะมีมิติ (Dimension) ที่ซับซ้อนและสูงขึ้นตามไปด้วย
.
ในเวลาที่สมองของเราถูกกระตุ้นด้วยข้อมูลหรือสิ่งเร้า กลุ่มเซลล์ประสาทจะเริ่มสร้างโครงสร้างเหล่านี้ไล่ระดับความซับซ้อนขึ้นไปอย่างเป็นจังหวะ
เริ่มตั้งแต่โครงสร้าง 1 มิติ 2 มิติ 3 มิติ และต่อยอดสูงขึ้นไปเรื่อยๆ
เมื่อสมองประมวลผลข้อมูลชุดนั้นเสร็จสิ้น โครงสร้างที่ซับซ้อนเหล่านี้ก็จะสลายตัวไปอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้เปรียบเสมือนการที่เราก่อปราสาททรายขึ้นมาเป็นรูปทรงต่างๆ แล้วปัดทลายมันทิ้งไปทันทีเมื่อใช้งานเสร็จ
.
สิ่งที่สร้างความประหลาดใจที่สุดคือ โครงสร้างทางคณิตศาสตร์ในสมองเหล่านี้สามารถก่อตัวขึ้นได้ในระดับที่สูงมาก
โดยทีมวิจัยพบว่าเครือข่ายประสาทบางส่วนสามารถสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนได้สูงสุดถึง 11 มิติ!
เฮนรี มาร์ครัม (Henry Markram) นักประสาทวิทยา (Neuroscientist) และผู้อำนวยการโครงการบลูเบรน ได้กล่าวถึงการค้นพบครั้งสำคัญนี้เมื่อปี 2017 เอาไว้ว่า
"เราได้พบกับโลกในแบบที่ไม่เคยคาดคิดมาก่อน มีวัตถุเหล่านี้หลายสิบล้านชิ้นซ่อนอยู่ในจุดเล็กๆ ของสมอง ซึ่งมีโครงสร้างสูงถึง 7 มิติ และในเครือข่ายประสาทบางส่วน เรายังพบโครงสร้างที่ซับซ้อนสูงสุดถึง 11 มิติเลยทีเดียว"
การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่า เมื่อเราเปลี่ยนเครื่องมือและมุมมองโดยใช้สมการคณิตศาสตร์ที่เหมาะสม ความยุ่งเหยิงที่เราเคยเห็นจะเผยให้เห็นสถาปัตยกรรมของเครือข่ายประสาทที่ซ่อนอยู่ ซึ่งมีความเป็นระเบียบแบบแผนเกินกว่าที่สมการวิเคราะห์เครือข่ายแบบดั้งเดิมจะสามารถตรวจจับได้
.
การค้นพบโครงสร้างคณิตศาสตร์มิติสูงในสมองนี้ จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกลไกการเข้ารหัสข้อมูลและการตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้ลึกซึ้งขึ้นอย่างมาก
ในอนาคต ความเข้าใจเกี่ยวกับโพรงมิติเหล่านี้อาจเป็นส่วนสำคัญที่ช่วยไขปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของประสาทวิทยาที่ว่า สมองของมนุษย์กักเก็บความทรงจำเอาไว้ที่ส่วนไหนของเครือข่ายอันสลับซับซ้อนนี้กันแน่
.
[หมายเหตุ]
คำว่า "มิติ" ในที่นี้ หมายถึงการวัดระดับความซับซ้อนของตัวแปรทางคณิตศาสตร์ที่เกิดขึ้นภายในเครือข่ายเซลล์ประสาททางกายภาพล้วนๆ ไม่ได้มีความเกี่ยวข้องกับมิติเวลา อวกาศ หรือจักรวาลเหนือธรรมชาติแต่อย่างใด
[แหล่งอ้างอิง]
[1] Reimann, M. W., Nolte, M., Scolamiero, M., Turner, K., Perin, R., Chindemi, G., Dłotko, P., Levi, R., Hess, K., & Markram, H. "Cliques of Neurons Bound into Cavities Provide a Missing Link between Structure and Function." Frontiers in Computational Neuroscience, 2017. DOI: 10.3389/fncom.2017.00048
[2] "Blue Brain Team Discovers a Multi-Dimensional Universe in Brain Networks." Frontiers Communications, 2017.
#วิทยาศาสตร์ #สมอง #ประสาทวิทยา #คณิตศาสตร์ #ฟิสิกส์ #ชีววิทยา #BlueBrainProject #การแพทย์ #ความรู้ #งานวิจัย
https://www.facebook.com/share/p/1JZn6NF6Sd/
🧠 ความลับที่ซ่อนอยู่ในหัวเรา สมองไม่ได้ทำงานแค่ในรูปแบบ 3 มิติ แต่ประมวลผลซับซ้อนได้สูงสุดถึง "11 มิติ" !
.
สิ่งที่เห็นอยู่นี้คือภาพจำลองดิจิทัลของสมองส่วน นีโอคอร์เทกซ์ (Neocortex) ซึ่งเป็นสมองส่วนที่มีความซับซ้อนและมีพัฒนาการสูงสุดของมนุษย์
ภายในภาพจะเห็นเส้นใยประสาทจำนวนมหาศาลได้ร่วมกันถักทอ เชื่อมโยงกันอย่างหนาแน่นจนดูคล้ายกับกลุ่มเมฆที่สับสนวุ่นวาย
ความซับซ้อนระดับนี้ทำให้การพยายามทำความเข้าใจว่าสมองทำงานอย่างไร กลายเป็นความท้าทายอย่างยิ่งสำหรับนักวิทยาศาสตร์
.
จนกระทั่งทีมนักวิทยาศาสตร์จากโครงการ บลูเบรน (Blue Brain Project) ของสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) ได้ตัดสินใจเปลี่ยนวิธีคิด
พวกเขานำสมการคณิตศาสตร์แขนงหนึ่งที่เรียกว่า โทโพโลยีพีชคณิต (Algebraic topology) เข้ามาใช้เป็นเครื่องมือเพื่อวิเคราะห์ทิศทางการส่งสัญญาณของเซลล์ประสาท
.
จนค้นพบว่าภายใต้ความยุ่งเหยิงนั้น เซลล์ประสาทกลับมีการเชื่อมต่อกันอย่างเป็นระบบระเบียบ โดยเซลล์ประสาทเหล่านี้จะจับกลุ่มกันในรูปแบบเฉพาะเจาะจงทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า คลีก (Clique)
และเมื่อกลุ่มเซลล์ประสาทเหล่านี้เชื่อมต่อกัน มันจะสร้างพื้นที่ว่างที่เรียกว่า โพรง (Cavity) ขึ้นมาเพื่อใช้ประมวลผลข้อมูล
หลักการคือ ยิ่งมีเซลล์ประสาทเข้ามาเกาะกลุ่มกันทำงานมากเท่าไหร่ รูปทรงเรขาคณิตที่เกิดขึ้นก็จะมีมิติ (Dimension) ที่ซับซ้อนและสูงขึ้นตามไปด้วย
.
ในเวลาที่สมองของเราถูกกระตุ้นด้วยข้อมูลหรือสิ่งเร้า กลุ่มเซลล์ประสาทจะเริ่มสร้างโครงสร้างเหล่านี้ไล่ระดับความซับซ้อนขึ้นไปอย่างเป็นจังหวะ
เริ่มตั้งแต่โครงสร้าง 1 มิติ 2 มิติ 3 มิติ และต่อยอดสูงขึ้นไปเรื่อยๆ
เมื่อสมองประมวลผลข้อมูลชุดนั้นเสร็จสิ้น โครงสร้างที่ซับซ้อนเหล่านี้ก็จะสลายตัวไปอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้เปรียบเสมือนการที่เราก่อปราสาททรายขึ้นมาเป็นรูปทรงต่างๆ แล้วปัดทลายมันทิ้งไปทันทีเมื่อใช้งานเสร็จ
.
สิ่งที่สร้างความประหลาดใจที่สุดคือ โครงสร้างทางคณิตศาสตร์ในสมองเหล่านี้สามารถก่อตัวขึ้นได้ในระดับที่สูงมาก
โดยทีมวิจัยพบว่าเครือข่ายประสาทบางส่วนสามารถสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนได้สูงสุดถึง 11 มิติ!
เฮนรี มาร์ครัม (Henry Markram) นักประสาทวิทยา (Neuroscientist) และผู้อำนวยการโครงการบลูเบรน ได้กล่าวถึงการค้นพบครั้งสำคัญนี้เมื่อปี 2017 เอาไว้ว่า
"เราได้พบกับโลกในแบบที่ไม่เคยคาดคิดมาก่อน มีวัตถุเหล่านี้หลายสิบล้านชิ้นซ่อนอยู่ในจุดเล็กๆ ของสมอง ซึ่งมีโครงสร้างสูงถึง 7 มิติ และในเครือข่ายประสาทบางส่วน เรายังพบโครงสร้างที่ซับซ้อนสูงสุดถึง 11 มิติเลยทีเดียว"
การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่า เมื่อเราเปลี่ยนเครื่องมือและมุมมองโดยใช้สมการคณิตศาสตร์ที่เหมาะสม ความยุ่งเหยิงที่เราเคยเห็นจะเผยให้เห็นสถาปัตยกรรมของเครือข่ายประสาทที่ซ่อนอยู่ ซึ่งมีความเป็นระเบียบแบบแผนเกินกว่าที่สมการวิเคราะห์เครือข่ายแบบดั้งเดิมจะสามารถตรวจจับได้
.
การค้นพบโครงสร้างคณิตศาสตร์มิติสูงในสมองนี้ จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกลไกการเข้ารหัสข้อมูลและการตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้ลึกซึ้งขึ้นอย่างมาก
ในอนาคต ความเข้าใจเกี่ยวกับโพรงมิติเหล่านี้อาจเป็นส่วนสำคัญที่ช่วยไขปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของประสาทวิทยาที่ว่า สมองของมนุษย์กักเก็บความทรงจำเอาไว้ที่ส่วนไหนของเครือข่ายอันสลับซับซ้อนนี้กันแน่
.
[หมายเหตุ]
คำว่า "มิติ" ในที่นี้ หมายถึงการวัดระดับความซับซ้อนของตัวแปรทางคณิตศาสตร์ที่เกิดขึ้นภายในเครือข่ายเซลล์ประสาททางกายภาพล้วนๆ ไม่ได้มีความเกี่ยวข้องกับมิติเวลา อวกาศ หรือจักรวาลเหนือธรรมชาติแต่อย่างใด
[แหล่งอ้างอิง]
[1] Reimann, M. W., Nolte, M., Scolamiero, M., Turner, K., Perin, R., Chindemi, G., Dłotko, P., Levi, R., Hess, K., & Markram, H. "Cliques of Neurons Bound into Cavities Provide a Missing Link between Structure and Function." Frontiers in Computational Neuroscience, 2017. DOI: 10.3389/fncom.2017.00048
[2] "Blue Brain Team Discovers a Multi-Dimensional Universe in Brain Networks." Frontiers Communications, 2017.
#วิทยาศาสตร์ #สมอง #ประสาทวิทยา #คณิตศาสตร์ #ฟิสิกส์ #ชีววิทยา #BlueBrainProject #การแพทย์ #ความรู้ #งานวิจัย
https://www.facebook.com/share/p/1JZn6NF6Sd/