在EPFL的“蓝脑”计划的领导下，科学家借助数学发现了前所未有的大脑活动模式，从而洞悉了神经元如何集体处理信息。

年龄相同的健康大鼠的大脑具有许多特征，例如皮质六层中存在相似数量和类型的神经元。但是神经元如何交换信息?哪些神经元被激活?时间如何变化?

为了回答这些问题，由EPFL的“蓝脑计划”领导的一组科学家使用代数拓扑的数学语言来描述大鼠神经元如何相互连接以及如何对刺激做出反应，从而提供了关于几何形状中信息处理方式的首次几何见解。啮齿动物的大脑。结果发表在开放性期刊《计算神经科学前沿》上。

负责“蓝脑计划”的EPFL神经科学家Henry Markram说：“我们以前的数学方法很难理解神经元产生的活动。当我们将活动映射到高维几何时，活动就变得有意义了，这种激动人心的合作为了解大脑打开了全新的大门。”在蓝脑对大鼠大脑中的微电路进行数字化重建，由31000个神经元组成的计算机模型以及多达800万个连接的计算机模型上进行了虚拟实验，所有这些都是基于生理数据，科学家们发现并定量描述了其惊人丰富的几何结构神经元，为了解大脑提供了一种新的强大工具。实际上可以使用多维数学对象描述神经元网络的方式。而且，这些物体对时间的外部刺激具有特征性的模式，这是前所未有的。

神经元根据抽象形状组织

科学家将注意力集中在神经元家族(称为“ cliques”)上，该神经元由成对的，相互成对的神经元组成，并考虑了信号从一个神经元传输到另一个神经元的方向。他们发现神经元通常成三对或四对地成对连接，这证实了在湿实验室中使用啮齿动物脑组织的少量样本进行的实验观察。但是他们也注意到，更大的集团是可能的，在啮齿动物虚拟微电路中将多达八个神经元连接在一起。

这些成对连接的神经元的数学表示看起来像点连接，神经元在点处，连接由线表示。每条线都有一个方向，指示信号从一个神经元流向另一个神经元的方式。成对连接的家族中神经元的数量决定了团的形状，因此，两个相连的神经元形成一条直线，三个神经元形成一个扁平的实心三角形，四个神经元一个三维立体金字塔，五个神经元并导致更高维的多面体。因此，由8个神经元组成的集团对应于7维的多面体。

“对于拓扑学家而言，大脑就像一个巨大的网络，在它们之间存在点-神经元-和通路-的连接。由此可以推断出由团簇构成的几何结构是很自然的。”阿伯丁大学的拓扑学家兰·里维(Ran Levi)说。“这个项目的惊人之处在于这些技术与理解大脑的结构和功能有多么相关。我们从这种方法推断出的大量信息令人难以置信。”

但是，从生理学的角度来看，链接的神经元实际上分布在啮齿动物大脑的不同层，这使得这些团很难原位可视化。而且，每个神经元都属于非常大量的集团。