人腦神經網路達11種維度 神經元組成11維度團clique-信息處理完成腔洞消失 人類無法檢測高維度空間-只有投影

人類大腦具有11維度幾何空間，一看究竟

(2017-12-12 19:32:52)

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標籤： 雜談

每個人都是一個國王，在自己的世界裡縱橫跋扈

人類大腦具有11維度空間，這個驚人的發現有助於解釋為什麼即使是核磁共振成像這樣最先進的儀器都不能很好地解釋我們腦袋裡正在發生什麼。在核磁共振成像里，監測大腦活動，並且用一個隨時間變化而變化的三維圖像來展示。可是， 假如大腦真的在11維度里工作的話，看著一個3維核磁共振成像，然後說這就解釋了大腦活動了，就好比看著一顆圖釘的針頭然後說這已經解釋清楚整個宇宙了，以及好多好多其他的維度。

瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家帶領的一支團隊在進行藍腦汁計劃（BlueBrain Project）的工作時發現了前所未知的大腦複雜性。藍腦汁計劃旨在創造出從生物學意義上精確的人類大腦。

在他們的研究當中，科學家創造了一個模擬大腦，並在這個電腦生成的模型上應用上了一種先進形式的數學，叫代數拓撲模型。

「代數拓撲就像一個望遠鏡和顯微鏡二合一。它可以縮放神經網路，去尋找大腦里的隱藏結構……森林裡的樹木、還看到空白的地方……都在同一時間看到了」，研究作者凱瑟琳·赫斯（KathrynHess）說道。

根據《計算神經科學前沿》期刊上發表過的研究報道，凱瑟·琳赫斯和她的同事發現，大腦通過創建多維神經結構來處理視覺信息，科學家稱它們為「團（clique）」

這個「團」有高達11個不同維度和形態在空間里，稱為腔洞。一旦大腦搞懂了視覺信息，「團」和腔洞就消失了。

研究員然李維（Ran Levi）說道：「當大腦處理信息時，高緯度腔洞的出現，代表著神經網路里的神經元以一種非常有組織性的方式對刺激物產生反應。」

「大腦就好像在以這種方式對刺激物作出反應：用多維度的積木，先從桿（1維）入手，然後平板（2維），再到方塊（3維），然後接著用上更複雜的4維、5維等等的幾何形狀，建造一座塔，然後又摧毀它。大腦中這一整個活動的進展類似於一個多維度的沙雕城堡從沙中實體化而又解體的過程。」他說。

藍腦計劃的負責人，亨利·馬克蘭姆（Henry Markram），說明了這一多維結構的發現，真的有多重大。

「這種數學一般用在研究神經網路，還無法檢測到我們現在的高維度結構和空間，」他說。

「我們發現了一個之前從未想像過的世界。即使大腦中的一個小點都已經蘊含著數以千萬計的東西了，並高達7個維度。在某些神經網路中，我們甚至發現了一些結構是有11維度的。」

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科學家破解意識之謎：人腦或在11個維度上運行

發布時間：2017-06-19 23:25:34 訪問次數：114

　人的意識可能是宇宙中的最大謎題，雖然我們已可觸及到時間和空間的最初起源，但對人的意識如何產生，有著怎樣一種運行機制，幾乎還一無所知。瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）神經科學家亨利·馬克姆主持的藍腦計劃研究發現，雖然我們已習慣於從三維角度來看待世界，但我們的大腦卻充滿了多維的幾何結構，甚至可能是在11個維度上運行。

　　人的大腦估計有驚人的860億個神經元，這些神經元在每個可能的方向互相連接，形成廣泛的蜂窩網路，以某種方式使我們有了思想和意識。為了破解意識從何而來，研究人員利用瑞士的超級計算機，用代數拓撲的方法，構建了大腦皮層的詳細模型。

　　通過數學模型對虛擬刺激的反應測試，以及對老鼠大腦的實際測試，研究人員可以在單個神經元細胞及整個大腦結構上來辨識神經網路的細節，發現在大腦中存在著不同種類和巨大數量的高維幾何結構，由緊密連接的神經元團塊和它們之間的空白區域（空洞）組成。

　　這些團塊或空洞似乎對大腦功能至關重要，當研究人員給他們的虛擬大腦組織施加刺激時，他們發現神經元以一種高度有組織性的方式對刺激作出了反應。這意味著我們思考問題的時候，神經元的團塊會逐漸組合成更高維的結構，形成高維的孔隙或空洞，團塊中的神經元越多，空洞的維度就越高，最高的時候可以達到11個維度。而整個過程總是遵循從低維到高維，結構越來越複雜的順序，到最後轟然崩解。就像在沙灘上建一座城堡，從無到有，城堡越來越高，最後總又歸於平靜的沙灘。

　　看起來很熟悉不是？這和宇宙的大尺度纖維結構如出一轍，星系和星系團組成巨大的纖維狀結構，中間是巨大的空洞。不久前的一項研究中，就發現我們的銀河系處於一個十億光年的巨大空洞里，我們是在宇宙寂寞的邊緣地帶，而不是熱鬧的群星廣場。

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【人腦神經網路竟多達11維！】歐洲藍腦計劃揭示「從未想像過的世界」

2017-07-14 13:13大腦【人腦神經網路竟多達11維！】歐洲藍腦計劃揭示「從未想像過的世界」

1 新智元推薦

來源：比特港

【新智元導讀】腦科學家發現人腦能運作多達11種不同的維度，創造出多元宇宙的結構，是人類「從未想像過的世界」。通過運用一個先進的數學系統，研究人員揭解出人腦在信息分裂消失前處理信息時的腦部構造。

神經網路和深度學習這些人工智慧模型有一個假設，那就是二維簡單連接的網路拓撲結構，最新實證研究推翻了這一點：大腦神經元之間存在著高維度連接的結構，而且在解決問題和學習的時候存在著臨機學習的特徵（Lazy Learning/Query based Learning)，在神經元互相連接的高維度叢林中，複雜的拓撲結構如同沙灘上的城堡，不斷出現又不斷消失(emerging patterns)，驗證了佛家的「諸法因緣生，緣謝法還滅」。

腦科學家發現人腦能運作多達11種不同的維度，創造出多元宇宙的結構，是人類「從未想像過的世界」。

通過運用一個先進的數學系統，研究人員揭解出人腦在信息分裂消失前處理信息時的腦部構造。

研究結果刊載於期刊《計算神經科學前沿》（Frontiers in Computational Neuroscience），揭示出人腦創造神經結構的大量複雜過程，可能有助解釋為何人腦如此高深莫測，以及把腦部結構和功能連接起來為何如此困難。

由瑞士洛桑聯邦理工學院科學家領導的研究隊伍進行的研究為藍腦計劃（Blue Brain Project）的一部分，計劃目的是細緻重組人腦的生物結構。隊伍利用超級計算機，先以嚙齒動物的腦部作模擬研究，了解腦部不同區域內複雜的相互作用。

在最新的研究中，研究人員利用代數拓撲學（用以描述空間和結構不斷變化的網路的系統），細緻結成神經網路結構。這是首次把此數學分支應用到神經科學上。

研究者凱瑟．琳赫斯（Kathryn Hess）曾提及：「代數拓撲學像是望遠鏡和顯微鏡的結合，既能放大網路並尋找當中的隱藏結構，就像在大森林中同時看到樹林和空曠地。」

在研究中，研究人員對虛擬的腦部組織進行多重測試，發現腦結構的出現並非偶然；並對真實的腦部組織作出相同實驗，確定先前的試驗結果。

當研究人員對虛擬大腦組織施加刺激時，他們發現多組神經元組成一個團塊。各神經元以非常特殊的形式互相連接，產生精密的幾何結構。團塊中的的神經元愈多，維度愈高。

在部分情況下，研究人員發現團塊可多達11個維度。

由神經元組成的結構形成高維度的孔隙，研究隊伍稱之為空洞。當大腦完成處理信息，組織和空洞便會消失。

左：這是大腦新皮層一部分（大腦最發達的部分）的數碼影像

右：構造物的不同維度；中間的黑孔標誌多維空間或空洞的複合體

藍腦計劃

研究人員冉．列維（Ran Levi）表示：「當大腦處理信息時，高維度空洞的出現代表大腦網路中的神經元對刺激物以極有組織的方式產生反應。」

「大腦對刺激物出現反應先由桿件（一維）﹑平板（二維）﹑立方（三維），繼而是更複雜的四維﹑五維等幾何結構所組成，現象猶如用多維塊體建構成高塔，再將其夷平。大腦反應過程就像用沙建造多維的城堡，最終解體。」冉列維補充。

「通常應用於研究網路的數學方法不能驗測到我們現在清楚可見的高維度結構和空間。」藍腦計劃策劃者亨利．馬克拉姆指研究發現有助解釋為何人腦如此難以理解。

「我們發現了一個我們未曾想像過的世界。甚至大腦中的小斑點中也有數以千萬的結構，超過7個維度。在部分網路中，我們甚至發現結構多達11個維度。」

研究發現顯示大腦透過創造複雜的團塊和空洞以處理刺激物，所以研究的下一步是要找出我們執行複雜任務的能力是否有必須依靠這些多維結構的形成。

赫斯在與《新聞周刊》（Newsweek）的電郵訪問中，提出研究發現引領我們更了解「神經科學的其中一種基本奧秘：大腦結構與其處理信息的關係」。

她指出，利用代數拓撲學，研究隊伍發現到這些精密組織結構隱藏在似是雜亂無序的神經元活動模式中，而這種精密結構在研究者使用這種特殊的數學過濾前根本無法看到。

赫斯再指出，研究發現當我們以低維度表示檢查大腦活動時，我們只能取得大腦真實活動的投影。這表示我們能見到部分信息，而非全部影像。「因此，我們的發現可能解釋到為何大腦結構和功能的關係是如此難以理解。」

「我們發現的典型反應模式顯示當對刺激產生反應時，網路線路總是透過建構一系列的幾何表示結構，維度由低至高循序遞增，直至建構突然停止再倒塌——這是對刺激物的反應的數學標誌。」

赫斯補充：「我們未來的工作是利用代數拓撲學工具，研究可塑性（即對刺激做出的連接增強和減弱的反應）的作用。可塑性是探究奧秘的學習過程的基本概念，我們期盼將來能就這現象提出新的見解。」

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我們宇宙可能處於高維時空的黑洞中

騰訊科學2014年08月11日07:50我要分享

[摘要]加拿大安大略省圓周理論物理研究所科學家認為我們的宇宙可能不是誕生於大爆炸，而是高維時空黑洞視界邊緣的三維世界。

加拿大安大略省圓周理論物理研究所科學家提出了新的宇宙誕生論，認為我們的宇宙處於高維時空的黑洞邊緣

騰訊科學訊（羅輯）我們所處的世界被認為屬於三維時空，而宇宙的維度不僅僅只有三維，可能高達十一維，高維時空時空中所發生的事件是低維時空生物所不能理解的，即便地球上的生物處於三維時空中，但也不能保證宇宙其他地方不存在更高維的生物。根據宇宙學中的數學模型，我們的宇宙可能來自更高維度的時空，比如在高維時空中的黑洞形成了一個三維的時空結構，而我們的宇宙處於其中，也就是說人類可能是高維時空中的一種低維生物。

這個推論似乎聽起來相當科幻，但一些研究人員認為從數學的角度可以推出類似的結果，更重要的是該理論可能被我們的物理理論所證明，因為當前許多宇宙學未解之謎都無法用現有的時空理論加以解釋，這就使得科學家去尋找我們宇宙的來源，研究當前的宇宙學定律是否符合我們宇宙所處的時空。

來自加拿大安大略省圓周理論物理研究所科學家羅伯特·曼等人正在研究我們宇宙所處的時空，他們認為宇宙學最大的挑戰在於如何理解大爆炸，目前宇宙學的主流理論主要來自宇宙大爆炸模型，但這一理論認為我們的宇宙誕生於一個奇點，一切物理定律在這裡都是失效，這是一個無法用物理語言形容的時空，時間和空間的概念在這裡甚至毫無意義。正是宇宙大爆炸理論制約了我們對宇宙的認識，對於羅伯特·曼等人而言，宇宙大爆炸理論從根本上將宇宙學帶入一個無法解釋的局面。

對此，研究人員認為宇宙學應該拋棄奇點理論，如果我們的宇宙從來沒有奇點，那麼宇宙學似乎可以找到突破的方向，比如我們的宇宙可以誕生於一個黑洞的事件視界之外，而這個黑洞則處於一個更高維的宇宙中。對於三維宇宙而言，其內部無法觀測到高維宇宙黑洞事件視界周圍的情況，而且三維宇宙中的黑洞存在二維的視界，那麼在四維宇宙中的黑洞視界邊緣就可以出現三維視界，這也是我們宇宙所處的時空位置。

從理論上看，四維時空等更高維的宇宙可以形成三維時空，研究人員的計算表明我們所處的三維時空可能是四維宇宙中低維世界，這聽起來似乎很玄乎，但圓周理論物理研究所的科學家認為在數學上這樣的宇宙是合理的，按照他們的理解，我們的宇宙可能是高維時空中被扭曲的三維蜃景。

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