Le neuroscientifique Henry Markram, directeur du Blue Brain Project et professeur à l’EPFL à Lausanne, en Suisse, a déclaré que le cerveau humain est capable de construire des structures jusqu’à onze dimensions.

Les structures du cerveau humain peuvent fonctionner jusqu’à onze dimensions, selon une étude peu connue (pdf à la fin de l’article. Ici.), qui a été publié l’année dernière dans Frontiers in Computational Neuroscience. Le Blue Brain Project, un projet de recherche suisse, a mené l’étude.

Même dans une petite parcelle du cerveau, il y a des dizaines de millions de ces objets qui ont jusqu’à sept dimensions. Dans certains réseaux, nous avons même trouvé des structures avec jusqu’à onze dimensions. »

« Nous avons trouvé un monde que nous n’avions jamais imaginé », a déclaré le neuroscientifique Henry Markram, directeur du Blue Brain Project et professeur à l’EPFL à Lausanne, en Suisse.

Même dans une petite parcelle du cerveau, il y a des dizaines de millions de ces objets, couvrant jusqu’à sept dimensions. Dans certains réseaux, nous avons même trouvé des structures avec jusqu’à onze dimensions », poursuit Markram.

Les scientifiques ont découvert que les mathématiques conventionnelles ne conviennent pas à l’étude du cerveau humain, l’une des structures les plus complexes de la Terre. Les structures et les espaces de grande dimension que nous pouvons maintenant percevoir clairement ne peuvent pas être capturés avec les mathématiques souvent utilisées pour étudier les réseaux, dit Markram.

Pour les distinguer, les chercheurs ont opté pour la topologie algébrique, un domaine des mathématiques concerné par la création d’invariants algébriques associés à des espaces topologiques. Pour appliquer ce domaine, le Blue Brain Project a fait appel aux mathématiciens Ran Levi de l’Université d’Aberdeen et Kathryn Hess de l’EPFL.

« La topologie algébrique est à la fois comme un télescope et un microscope. Il peut zoomer sur les réseaux pour trouver des structures cachées – les arbres dans la forêt – et en même temps voir les espaces vides – les clairières », explique Hess.

En utilisant cette méthode, les scientifiques ont mené des expériences sur le tissu cérébral de rat et un modèle de néocortex publié par le Blue Brain Project en 2015. En utilisant cette méthode, ils ont pu étudier le réseau neuronal du cerveau en détail à la fois au niveau des neurones individuels et au niveau de l’ensemble de la structure cérébrale.

Cliques et cavités

Ils ont découvert que les cliques, c’est-à-dire des groupes de neurones étroitement connectés, enferment des cavités ou des trous de grande dimension en stimulant le tissu cérébral virtuel. « L’apparition de cavités de grande dimension lorsque le cerveau traite l’information signifie que les neurones du réseau répondent aux stimuli de manière extrêmement organisée », a déclaré Levi.

« C’est comme si le cerveau répondait à un stimulus en construisant et en démolissant une tour de blocs multidimensionnels, en commençant par des barres (1D), puis des planches (2D), puis des cubes (3D), puis des géométries plus complexes utilisant 4D, 5D, etc. La progression de l’activité dans le cerveau ressemble à un château de sable multidimensionnel qui émerge du sable et se dissout ensuite », ajoute Levi.

Pour les géométries plus complexes, jusqu’à 11 dimensions ont été utilisées. Selon les chercheurs, « le cerveau traite les stimuli en formant des cliques et des cavités fonctionnelles de plus en plus complexes ».

La recherche pourrait un jour apporter une réponse au mystère de longue date de l’endroit où le cerveau stocke les souvenirs. Ils pourraient « se cacher » dans des cavités de grande dimension, a déclaré Markram.

Ce n’est pas la première fois que des chercheurs étudient le cerveau en utilisant la topologie algébrique. Une étude similaire a été menée avec des résultats similaires par une équipe de l’Université de Pennsylvanie dirigée par Ann Sizemore.