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神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)這些人工智能模型有一個(gè)假設(shè)，那就是二維簡(jiǎn)單連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最新實(shí)證研究推翻了這一點(diǎn)：大腦神經(jīng)元之間存在著高維度連接的結(jié)構(gòu)，而且在解決問(wèn)題和學(xué)習(xí)的時(shí)候存在著臨機(jī)學(xué)習(xí)的特征（Lazy Learning/Query based Learning)，在神經(jīng)元互相連接的高維度叢林中，復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如同沙灘上的城堡，不斷出現(xiàn)又不斷消失(emerging patterns)，驗(yàn)證了佛家的“諸法因緣生，緣謝法還滅”。

腦科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人腦能運(yùn)作多達(dá)11種不同的維度，創(chuàng)造出多元宇宙的結(jié)構(gòu)，是人類(lèi)“從未想象過(guò)的世界”。

通過(guò)運(yùn)用一個(gè)先進(jìn)的數(shù)學(xué)系統(tǒng)，研究人員揭解出人腦在信息分裂消失前處理信息時(shí)的腦部構(gòu)造。

研究結(jié)果刊載于期刊《計(jì)算神經(jīng)科學(xué)前沿》（Frontiers in Computational Neuroscience），揭示出人腦創(chuàng)造神經(jīng)結(jié)構(gòu)的大量復(fù)雜過(guò)程，可能有助解釋為何人腦如此高深莫測(cè)，以及把腦部結(jié)構(gòu)和功能連接起來(lái)為何如此困難。

由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究隊(duì)伍進(jìn)行的研究為藍(lán)腦計(jì)劃（Blue Brain Project）的一部分，計(jì)劃目的是細(xì)致重組人腦的生物結(jié)構(gòu)。隊(duì)伍利用超級(jí)計(jì)算機(jī)，先以嚙齒動(dòng)物的腦部作模擬研究，了解腦部不同區(qū)域內(nèi)復(fù)雜的相互作用。

在最新的研究中，研究人員利用代數(shù)拓?fù)鋵W(xué)（用以描述空間和結(jié)構(gòu)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)），細(xì)致結(jié)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這是首次把此數(shù)學(xué)分支應(yīng)用到神經(jīng)科學(xué)上。

研究者凱瑟．琳赫斯（Kathryn Hess）曾提及：「代數(shù)拓?fù)鋵W(xué)像是望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的結(jié)合，既能放大網(wǎng)絡(luò)并尋找當(dāng)中的隱藏結(jié)構(gòu)，就像在大森林中同時(shí)看到樹(shù)林和空曠地。」

在研究中，研究人員對(duì)虛擬的腦部組織進(jìn)行多重測(cè)試，發(fā)現(xiàn)腦結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)并非偶然；并對(duì)真實(shí)的腦部組織作出相同實(shí)驗(yàn)，確定先前的試驗(yàn)結(jié)果。

當(dāng)研究人員對(duì)虛擬大腦組織施加刺激時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)多組神經(jīng)元組成一個(gè)團(tuán)塊。各神經(jīng)元以非常特殊的形式互相連接，產(chǎn)生精密的幾何結(jié)構(gòu)。團(tuán)塊中的的神經(jīng)元愈多，維度愈高。

在部分情況下，研究人員發(fā)現(xiàn)團(tuán)塊可多達(dá)11個(gè)維度。

由神經(jīng)元組成的結(jié)構(gòu)形成高維度的孔隙，研究隊(duì)伍稱(chēng)之為空洞。當(dāng)大腦完成處理信息，組織和空洞便會(huì)消失。

左：這是大腦新皮層一部分（大腦最發(fā)達(dá)的部分）的數(shù)碼影像

右：構(gòu)造物的不同維度；中間的黑孔標(biāo)志多維空間或空洞的復(fù)合體

藍(lán)腦計(jì)劃

研究人員冉．列維（Ran Levi）表示：「當(dāng)大腦處理信息時(shí)，高維度空洞的出現(xiàn)代表大腦網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元對(duì)刺激物以極有組織的方式產(chǎn)生反應(yīng)?！?/p>

「大腦對(duì)刺激物出現(xiàn)反應(yīng)先由桿件（一維）﹑平板（二維）﹑立方（三維），繼而是更復(fù)雜的四維﹑五維等幾何結(jié)構(gòu)所組成，現(xiàn)象猶如用多維塊體建構(gòu)成高塔，再將其夷平。大腦反應(yīng)過(guò)程就像用沙建造多維的城堡，最終解體?！谷搅芯S補(bǔ)充。

「通常應(yīng)用于研究網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)方法不能驗(yàn)測(cè)到我們現(xiàn)在清楚可見(jiàn)的高維度結(jié)構(gòu)和空間。」藍(lán)腦計(jì)劃策劃者亨利．馬克拉姆指研究發(fā)現(xiàn)有助解釋為何人腦如此難以理解。

「我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)我們未曾想象過(guò)的世界。甚至大腦中的小斑點(diǎn)中也有數(shù)以千萬(wàn)的結(jié)構(gòu)，超過(guò)7個(gè)維度。在部分網(wǎng)絡(luò)中，我們甚至發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)多達(dá)11個(gè)維度。」

研究發(fā)現(xiàn)顯示大腦透過(guò)創(chuàng)造復(fù)雜的團(tuán)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(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的能力是否有必須依靠這些多維結(jié)構(gòu)的形成。

赫斯在與《新聞周刊》（Newsweek）的電郵訪(fǎng)問(wèn)中，提出研究發(fā)現(xiàn)引領(lǐng)我們更了解「神經(jīng)科學(xué)的其中一種基本奧秘：大腦結(jié)構(gòu)與其處理信息的關(guān)系」。

她指出，利用代數(shù)拓?fù)鋵W(xué)，研究隊(duì)伍發(fā)現(xiàn)到這些精密組織結(jié)構(gòu)隱藏在似是雜亂無(wú)序的神經(jīng)元活動(dòng)模式中，而這種精密結(jié)構(gòu)在研究者使用這種特殊的數(shù)學(xué)過(guò)濾前根本無(wú)法看到。

赫斯再指出，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們以低維度表示檢查大腦活動(dòng)時(shí)，我們只能取得大腦真實(shí)活動(dòng)的投影。這表示我們能見(jiàn)到部分信息，而非全部影像?！敢虼?，我們的發(fā)現(xiàn)可能解釋到為何大腦結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系是如此難以理解?！?/p>

「我們發(fā)現(xiàn)的典型反應(yīng)模式顯示當(dāng)對(duì)刺激產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路總是透過(guò)建構(gòu)一系列的幾何表示結(jié)構(gòu)，維度由低至高循序遞增，直至建構(gòu)突然停止再倒塌——這是對(duì)刺激物的反應(yīng)的數(shù)學(xué)標(biāo)志?！?/p>

赫斯補(bǔ)充：「我們未來(lái)的工作是利用代數(shù)拓?fù)鋵W(xué)工具，研究可塑性（即對(duì)刺激做出的連接增強(qiáng)和減弱的反應(yīng)）的作用?？伤苄允翘骄繆W秘的學(xué)習(xí)過(guò)程的基本概念，我們期盼將來(lái)能就這現(xiàn)象提出新的見(jiàn)解?！?/p>

本文由宏觀資本獨(dú)家翻譯及整理自Newsweek，本文不代表宏觀資本/比特港觀點(diǎn)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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