Hvernig stærðfræði algebrufræðilegrar staðfræði er að gjörbylta heilavísindum

Mannlegt tengi er net tengsla milli mismunandi hluta heilans. Þessir hlekkir eru kortlagðir af hvíta efni heilans - búntum af taugafrumuútskotum sem kallast axonar sem tengja saman taugafrumulíkama sem mynda gráa efnið.



Hefðbundin skoðun á heilanum er sú að gráa efnið sé fyrst og fremst þátt í upplýsingavinnslu og skilningi, en hvítt efni sendir upplýsingar milli mismunandi hluta heilans. Uppbygging hvíta efnisins - tengilínan - er í meginatriðum raflögn heilans.

af hverju telja stjörnufræðingar gammablossa vera einn af stærstu ráðgátum stjörnufræðinnar?

Þessi uppbygging er illa skilin, en það eru nokkur áberandi verkefni til að rannsaka það. Þetta verk sýnir að tengingin er miklu flóknari en upphaflega var talið. Mannsheilinn inniheldur um 1010 taugafrumur tengdar með 1014 synaptic tengingum. Það er vandasamt að kortleggja hvernig þessi tengsl eru saman komin, ekki síst vegna þess að uppbygging netkerfisins fer eftir upplausninni sem það er skoðað í.





Þessi vinna er einnig að afhjúpa vísbendingar um að hvíta efnið gegnir miklu mikilvægara hlutverki en í fyrstu var talið við að læra og samræma starfsemi heilans. En nákvæmlega hvernig þetta hlutverk tengist uppbyggingunni er ekki vitað.

Svo að skilja þessa uppbyggingu yfir mjög mismunandi mælikvarða er ein af stóru áskorunum taugavísinda; en einn sem er hindraður af skorti á viðeigandi stærðfræðiverkfærum.

Í dag lítur út fyrir að það muni breytast þökk sé stærðfræðilegu sviði algebrufræðilegrar staðfræði, sem taugalæknar eru smám saman að ná tökum á í fyrsta skipti. Þessi fræðigrein hefur jafnan verið furðuleg viðleitni til að flokka rými og form. Nú sýna Ann Sizemore við háskólann í Pennsylvaníu og nokkrir félagar hvernig það er farið að gjörbylta skilningi okkar á tengingunni.



Þegar þeir stunda list sína settu algebrufræðilegir staðfræðingar sér það krefjandi markmið að finna samhverfu í staðfræðilegum rýmum á mismunandi mælikvarða.

Í stærðfræði er samhverfa allt sem er óbreytanlegt þegar sjónarhornið breytist. Þannig að lögun ferningsins helst óbreytt þar sem hann snýst um 90 gráður - þetta er ein tegund af samhverfu.

En sum stærðfræðileg mannvirki hafa samhverfu sem eru viðvarandi þvert á kvarða. Þetta eru þekkt sem viðvarandi homologies og leitin að þeim reynist vera lykillinn að því að skilja tengslin.

Taugalæknar hafa lengi vitað að ákveðnar vitsmunalegar aðgerðir nýta sér ýmsa taugahnúta sem dreifast um heilann. Hvernig þessir hnútar eru tengdir með hvítu efni er ein af aðalspurningunum fyrir tengiverkefni.



munu skammtatölvur brjóta dulkóðun

Taugalæknar rannsaka hvítefnistrefjar með því að skoða hvernig vatn dreifist eftir lengd þeirra. Tækni sem kallast dreifingarrófsmyndgreining getur síðan leitt í ljós leiðir fyrir þessa dreifingu og þar með uppbyggingu hvíta efnisins.

Til að fá frekari upplýsingar mældu Sizemore og co heila átta heilbrigðra fullorðinna. Þetta gerði þeim kleift að leita að sömu mannvirkjum í þeim öllum. Sérstaklega skoðaði teymið tengslin milli 83 mismunandi svæða heilans sem vitað er að taka þátt í vitsmunalegum kerfum, eins og heyrnarkerfinu, sjónkerfinu, skynskynjunarkerfinu sem tekur þátt í snertingu, þrýstingi, sársauka o.s.frv. .

Eftir að hafa smíðað raflögn á þennan hátt, beittu Sizemore og co tækni algebrufræðilegrar staðfræði til að rannsaka uppbyggingu þess. Þetta varpaði fram nokkrum mikilvægum innsýnum.

bestu DNA próf 2017

Til að byrja með leiddi það í ljós að ákveðnir hópar hnúta eru allt-til-alla tengdir - með öðrum orðum, hver hnútur í hópnum er tengdur öllum hinum og myndar uppbyggingu sem kallast klíka. Öll vitsmunakerfin eru samsett úr klíkum sem innihalda mismunandi fjölda hnúta.

En greiningin leiddi í ljós annan mikilvægan hóp staðfræðilegra mannvirkja líka. Þetta eru lokaðar lykkjur sem kallast hringrásir þar sem einn hnút tengist öðrum, sem tengist öðrum og síðan við annan, og svo framvegis, þar til hringrásinni er lokið þegar síðasti hnúturinn tengist þeim fyrsta.

Þetta skapar taugahringrás sem getur flutt upplýsingar um heilann og leyft endurgjöfarlykkjum að virka, kannski við myndun minninga og við að stjórna hegðun. Sizemore og co segja að greining þeirra leiði í ljós fjölbreytt úrval hringrása af mismunandi stærðum.

sólknúið vatn úr lofti

Þó að klíkur hafi tilhneigingu til að vera til innan ákveðinna hluta heilans, eins og heilaberki, spanna hringrásir mismunandi svæði og tengja saman mjög mismunandi svæði með mismunandi virkni. Þessar hringrásir tengja svæði af snemma og seint þróunarfræðilegum uppruna í löngum lykkjum, sem undirstrikar einstakt hlutverk þeirra við að stjórna heilastarfsemi, segja Sizemore og co.

Annar mikilvægur munur á klíkum og hringrásum er þéttleiki þeirra. Vegna þess að klíkur tákna allt-til-alla tengda hnúta eru þeir þéttir mannvirki. Aftur á móti eru lykkjulíkar hringrásir tiltölulega dreifðar. Reyndar er ein leið til að einkenna þau með því að engin tengsl eru á milli þeirra hluta heilans sem þeir ná yfir.

Í meginatriðum skilgreina hringrásir holrúm í tengingunni yfir margvíslegan mælikvarða. Og verk Sizemore og co sýna að þessi holrúm gegna mikilvægu hlutverki. Þessar niðurstöður sýna fyrstu sýninguna á því að tækni úr algebrufræðilegri staðfræði býður upp á nýtt sjónarhorn á burðarvirki, sem undirstrikar lykkjulíkar slóðir sem mikilvæga eiginleika í byggingarbyggingu mannsheilans, segja teymið.

Þetta er heillandi verk sem sýnir hvernig algebrufræðileg staðfræði er mikilvægt framlag til betri skilnings á tengingunni. Eins og öll góð vísindi vekur þetta verk jafn margar spurningar og það svarar. Ein tillaga er sú að hringrásir gætu leyft mun breiðari efnisskrá vitrænna útreikninga en mögulegt er í öðrum netarkitektúrum. En hvers konar útreikningar myndu þetta vera?

Og tauganetin sem gervigreind kerfi eru háð sækja innblástur sinn frá uppbyggingu heilans. Nú þegar ný mannvirki eru að koma fram í gegnum þessa tegund greiningar, hvernig mun gervigreind samfélagið fella þessar uppgötvanir og nýta algebrufræðilega staðfræði er verk þeirra?

Þetta er greinilega spennandi tími til að vera algebrufræðilegur svæðisfræðingur.

Tilvísun: arxiv.org/abs/1608.03520 : Lokanir og holrúm í tengingu mannsins

fela sig

Raunveruleg Tækni

Flokkur

Óflokkað

Tækni

Líftækni

Tæknistefna

Loftslagsbreytingar

Menn Og Tækni

Silicon Valley

Tölvun

Mit News Tímaritið

Gervigreind

Rými

Snjallar Borgir

Blockchain

Eiginleikasaga

Alumni Prófíll

Alumni Tenging

Mit News Lögun

1865

Mín Skoðun

Messugötu 77

Hittu Höfundinn

Prófílar Í Rausnarskap

Sést Á Háskólasvæðinu

Alumni Bréf

Fréttir

Kosningar 2020

Með Vísitölu

Undir Hvelfingu

Brunaslanga

Óendanlegar Sögur

Tækniverkefni Heimsfaraldurs

Frá Forseta

Forsíðufrétt

Myndasafn

Mælt Er Með