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La règle mathématique derrière la répartition des neurones dans notre cerveau a été découverte

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La règle mathématique derrière la répartition des neurones dans notre cerveau a été découverte

Les densités neuronales dans les régions corticales du cerveau des mammifères suivent un modèle de distribution cohérent. Cette découverte a de profondes implications pour la modélisation du cerveau et le développement de technologies inspirées du cerveau. Crédit : Morales Gregorio

Les chercheurs du Human Brain Project du Forschungszentrum Jülich et de l’Université de Cologne (Allemagne) ont découvert comment les densités neuronales sont réparties à travers et au sein des régions corticales du cerveau des mammifères. Ils ont révélé un principe organisateur fondamental de la cytoarchitecture corticale : la distribution lognormale omniprésente des densités neuronales.

Le nombre de neurones et leur disposition spatiale jouent un rôle essentiel dans le façonnement de la structure et du fonctionnement du cerveau. Cependant, malgré la richesse des données cytoarchitecture disponibles, les distributions statistiques des densités neuronales restent largement non caractérisées. La nouvelle étude du Human Brain Project (HBP), publiée dans la revue cortex cérébralaméliore notre compréhension de l’organisation du cerveau des mammifères.

Analyse des ensembles de données et distribution lognormale

Neuf des sept ensembles de données accessibles au public classer (souris, singe, macaque, galago, singe hibou, babouin et humain) ont servi de base aux investigations de l’équipe de recherche. Après avoir analysé les régions corticales de chacune, ils ont constaté que les densités neuronales au sein de ces régions suivaient un modèle cohérent – ​​une distribution lognormale. Cela met en évidence un principe organisateur fondamental qui sous-tend les densités neuronales dans le cerveau des mammifères.

Une distribution lognormale est une distribution statistique caractérisée par une courbe asymétrique en forme de cloche. Cela se produit, par exemple, lorsque l’on prend l’exposant d’une variable normalement distribuée. Elle diffère d’une distribution normale de plusieurs manières. Plus important encore, la courbe de distribution normale est symétrique, tandis que la courbe log-normale est asymétrique et possède une queue lourde.

Les implications et la signification des résultats

Ces informations sont essentielles à une modélisation précise du cerveau. « Notamment parce que la distribution des densités neuronales influence la connectivité du réseau », explique Sascha van Alpada, chef de groupe de neuroanatomie théorique au Forschungszentrum Jülich et auteur principal de l’article. « Par exemple, si la densité des synapses est constante, alors les régions avec une densité neuronale plus faible recevront plus de synapses par neurone », explique-t-elle. Ces aspects sont également pertinents pour la conception de technologies inspirées du cerveau telles que les neuromodulateurs.

« De plus, puisque les régions corticales sont souvent distinguées sur la base de la cytoarchitecture, la connaissance de la distribution des densités neuronales peut être pertinente pour l’évaluation statistique des différences entre les régions et l’emplacement des frontières entre les régions », ajoute Van Alpada.

Comprendre la distribution lognormale des propriétés cérébrales

Les résultats sont cohérents avec les observations précédentes selon lesquelles de nombreuses propriétés cérébrales suivent une distribution rationnelle normale. « L’une des raisons pour lesquelles ils sont si courants est qu’ils apparaissent lorsque le produit de nombreuses variables indépendantes est pris en compte », explique Alexander van Meijn, co-premier auteur de l’étude. En d’autres termes, une distribution lognormale apparaît naturellement à la suite d’opérations de multiplication, de la même manière qu’une distribution normale apparaît lorsque de nombreuses variables indépendantes sont ajoutées.

« En utilisant un modèle simple, nous avons pu montrer comment le doublement des neurones au cours du développement pourrait conduire aux distributions de densité neuronale observées », explique van Meijn.

Selon l’étude, en principe, les structures organisationnelles au niveau du cortex cérébral peuvent être des sous-produits du développement ou du développement et ne remplir aucune fonction informatique ; Mais le fait que les mêmes structures organisationnelles puissent être observées pour de nombreuses espèces et dans la plupart des régions corticales suggère que la distribution log-normale sert à quelque chose.

« Nous ne pouvons pas être sûrs de la manière dont la distribution log-normale des densités neuronales affecte le fonctionnement cérébral, mais cela est probablement lié à la forte hétérogénéité du réseau, ce qui pourrait être avantageux sur le plan informatique », explique Aitor Morales Gregorio, premier auteur de l’étude, citant des travaux antérieurs. . ce qui suggère que l’hétérogénéité de la connectivité cérébrale peut favoriser une transmission efficace de l’information. De plus, les réseaux hétérogènes favorisent un apprentissage robuste et améliorent la capacité de mémoire des circuits neuronaux.

Référence : « Distribution log-normale omniquitinée de la densité neuronale dans le cortex cérébral des mammifères » par Aitor Morales-Gregorio, Alexander van Meijen et Sacha G van Albada, 6 juillet 2023, disponible ici. cortex cérébral.
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Le brouillard rencontre les montagnes des Salomon

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Le brouillard rencontre les montagnes des Salomon

Prise par un astronaute à bord de la Station spatiale internationale oblique – oblique Une photo des monts Salomon, au centre du Pakistan. Cette amplitude est due à la lente collision des plaques tectoniques indienne et eurasienne qui a commencé il y a environ 60 millions d'années. Les sommets s'élèvent à plus de 3 000 mètres (10 000 pieds) au-dessus du niveau de la mer dans la partie nord de la chaîne de montagnes, comme le montre cette image.

Les monts Salomon forment une barrière naturelle entre les plateaux à l'ouest et la vallée de l'Indus à l'est. Les vents soufflant de l'océan Indien et de la plaine inondable de l'Indus transportent l'humidité et les particules vers l'intérieur des terres, provoquant des inondations. Un mélange de brume, de brume et de nuages Se former du côté sous le vent de la chaîne de montagnes.

Les nuages ​​et le brouillard ne peuvent pas traverser les terrains montagneux de haute altitude. Flux forcé du terrain Au lieu de cela, des conduits d'air autour de la cuisinière. Cependant, un petit courant de vapeur peut être vu passer à travers des brèches dans la barrière près de la ville de Dana Sar, où il traverse une vallée de montagne.

Une caractéristique unique de la photographie des astronautes de la Terre est la capacité des membres de l'équipage à mettre en valeur les caractéristiques du paysage en prenant des photos de Attentes – Opinions Autre que le rectum (anadir). Cette photo profite de la vue oblique pour mettre en valeur la robustesse des monts Salomon en mettant en valeur les ombres créées par le terrain.

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Photo d'un astronaute ISS070-E-42565 Acquis le 17 décembre 2023 avec un appareil photo numérique Nikon D5 utilisant une focale de 460 mm. Il est fourni par l’installation d’observation de la Terre de l’équipage de la Station spatiale internationale et l’unité des sciences de la Terre et de télédétection du Johnson Space Center. La photo a été prise par l'un des membres Equipage d'expédition 70. L'image a été recadrée et améliorée pour améliorer le contraste, et les éléments de lentille ont été supprimés. le Programme de la Station spatiale internationale Accompagne le laboratoire dans le cadre de Laboratoire national de l'ISS Aider les astronautes à prendre des images de la Terre qui seront d'une grande valeur pour les scientifiques et le public, et rendre ces images librement accessibles sur Internet. Des photos supplémentaires prises par les astronautes et les astronautes peuvent être consultées sur NASA/JSC Portail pour les photographies de la Terre par les astronautes. Commentaire de Kadan Cummings, Jacobs, contrat JETS II à la NASA-JSC.

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Le satellite chinois Einstein Probe prend ses premières photos en orbite – Xinhua

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Le satellite chinois Einstein Probe prend ses premières photos en orbite – Xinhua
Cette image montre une vue prise par le télescope à rayons X à grand champ (WXT) pointé vers le centre de la Voie lactée pendant environ 40 000 secondes. (Centre national des sciences spatiales de l'Académie chinoise des sciences/communiqué via l'agence de presse Xinhua)

BEIJING, 27 avril 2020 (Xinhua) – Le satellite astronomique chinois Einstein Probe, envoyé dans l'espace en janvier de cette année, a capturé les premières images de découverte en orbite, qui ont été présentées lors d'un forum parallèle au Forum Zhongguancun 2024 à Pékin. Le samedi.

Inspiré par les fonctions des yeux de homard, l'EP utilise une nouvelle technologie de détection aux rayons X pour détecter de mystérieux phénomènes transitoires dans l'univers qui clignotent comme des feux d'artifice.

Depuis le lancement de la sonde le 9 janvier de cette année, des tests opérationnels ont été effectués, confirmant la fonctionnalité et les spécifications, a déclaré Yuan Weimin, chercheur principal de la mission EP et chercheur aux Observatoires astronomiques nationaux de l'Académie chinoise des sciences. Performances du satellite EP et de ses instruments scientifiques.

Pendant la phase d'exploitation, EP a détecté 17 transitoires de rayons X et 127 éruptions stellaires. Ces résultats ont guidé un groupe de télescopes au sol et dans l'espace lors d'observations ultérieures dans plusieurs bandes d'ondes, a déclaré Yuan.

Yuan a ajouté que l'analyse préliminaire des données de l'EP et d'autres télescopes a confirmé la capacité de l'EP à détecter diverses sources de rayons X et même de nouveaux types d'objets, ainsi que son rôle important dans la révélation de l'évolution de l'univers et de la structure de l'espace-temps.

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« Grâce à de grands efforts, notre équipe a rendu possible cette mission presque impossible », a déclaré Yuan.

Zhang Chen, chercheur principal adjoint à l'EP, a déclaré que la sonde avait pris des images aux rayons X de divers objets célestes pendant sa phase de fonctionnement. Ces observations ont démontré les capacités exceptionnelles des deux instruments scientifiques de l'EP : le télescope à rayons X à grand champ (WXT) pour observer un panorama du ciel en rayons X, et le télescope à rayons X de suivi (FXT) pour fournir une vue rapprochée du ciel aux rayons X. -Affiche et identifie les sources transitoires capturées par WXT.

Zhang a ajouté qu'EP poursuivrait ses activités d'étalonnage en orbite dans les mois à venir.

La mission EP fait partie d’une série de missions scientifiques spatiales dirigées par CAS. Il s'agit également d'une mission de coopération internationale avec la contribution de l'Agence spatiale européenne (ESA), de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) en Allemagne et de l'agence spatiale française CNES.

La mission vise à aider les scientifiques à capturer la première lumière des explosions de supernova, à rechercher et à localiser les signaux de rayons X accompagnant les événements d'ondes gravitationnelles, et à détecter les trous noirs dormants et d'autres corps célestes faibles, éphémères et variables dans les confins de l'univers.

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L'écran de communication laser de la NASA transmet des données à plus de 140 millions de kilomètres

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L'écran de communication laser de la NASA transmet des données à plus de 140 millions de kilomètres

La démonstration de la technologie Deep Space Optical Communications (DSOC) de la NASA, qui se déroule à bord du vaisseau spatial Psyche de la NASA, continue de battre des records. Bien que le vaisseau spatial ne repose pas sur les communications optiques pour envoyer des données, la nouvelle technologie a démontré sa capacité en envoyant une copie des données techniques à une distance de plus de 140 millions de miles (226 millions de kilomètres), soit 1,5 fois la distance entre la Terre et le Soleil. .

Il s’agit d’une réalisation record qui donne un aperçu de la manière dont les engins spatiaux utiliseront les communications optiques à l’avenir. Cette technologie pourrait permettre des communications à débit de données plus élevé pour des informations scientifiques complexes, ainsi que des images et des vidéos haute définition, le tout pour soutenir le prochain pas de géant de l'humanité : envoyer des humains sur Mars.

Le vaisseau spatial a été lancé le 13 octobre 2023 et est maintenant en route vers la principale ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter pour visiter l'astéroïde Psyché. Sa technologie de communication laser est conçue pour transmettre des données depuis l’espace lointain à des vitesses 10 à 100 fois plus rapides que les systèmes radiofréquences actuellement utilisés dans les missions dans l’espace lointain.

La démonstration de communications optiques de la NASA a montré qu'elle peut transmettre des données de test à un débit maximum de 267 mégabits par seconde (Mbps) à partir du laser de liaison descendante proche infrarouge de son émetteur-récepteur laser. Cette vitesse est comparable aux vitesses de téléchargement Internet haut débit, ce qui en fait un développement passionnant pour l’avenir des communications par satellite.

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Le 11 décembre 2023, la NASA a pu envoyer une vidéo ultra haute définition de 15 secondes vers la Terre à une distance de 19 millions de kilomètres, soit environ 80 fois la distance entre la Terre et la Lune. La vidéo, ainsi que d'autres données de test, y compris des versions numériques d'œuvres d'art inspirées de l'ASU, ont été téléchargées sur l'émetteur-récepteur laser de l'aviation avant le lancement de Psyché l'année dernière.

Le taux de transfert de données du vaisseau spatial diminuait considérablement à mesure qu'il s'éloignait. Lors du test du 8 avril, le vaisseau spatial a pu transmettre des données de test à un débit maximum de 25 Mbps, bien au-dessus de l'objectif minimum du projet de 1 Mbps.

Cette visualisation montre la position du vaisseau spatial Psyché le 8 avril lorsque l'émetteur-récepteur laser aéronautique DSOC a transmis des données à un débit de 25 mégabits par seconde sur une portée de 140 millions de miles vers une station de liaison descendante sur Terre. Source de l'image : NASA/JPL-Caltech

De plus, l'équipe du projet a testé avec succès le système de communication optique de l'émetteur-récepteur en envoyant une partie des mêmes données au télescope Hale de l'observatoire Palomar de Caltech, et en transmettant en même temps les données au Deep Space Network de la NASA via un canal radiofréquence.

Après le lancement de Psyché, l'affichage des communications visuelles a été utilisé pour la première fois pour relier des données préchargées, qui comprenaient des données célèbres. Vidéo du chat Taters. Depuis lors, le projet a démontré que l'émetteur-récepteur peut recevoir des données provenant d'un laser de liaison montante à haute énergie situé dans les installations du JPL à Table Mountain, près de Wrightwood, en Californie.

Lors d'une récente « expérience de transformation », le projet a pu envoyer des données à un émetteur-récepteur, puis le relier à la Terre la même nuit, réalisant ainsi un aller-retour allant jusqu'à 280 millions de miles (450 millions de kilomètres). Parallèlement aux données du test, l'expérience a également transféré des photos numériques des animaux de compagnie vers Psyché et vice versa. De plus, il met en corrélation de grandes quantités de données techniques pour la démonstration technologique afin d'étudier les caractéristiques de la liaison de communication optique.

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