Digital THink Tank (DTT)

Asemănări ciudate între creierul uman și univers



Sursa imaginii:  https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2020.525731/full

Un astrofizician de la Universitatea din Bologna și un neurochirurg de la Universitatea din Verona au comparat rețeaua de celule nervoase din creierul uman cu rețeaua cosmică de galaxii. Aceste analize arată că structurile universului observabil sunt surprinzător de similare cu rețelele neuronale ale creierului uman. Cercetările sugerează că legile care guvernează dezvoltarea creierului și a cosmosului ar putea fi aceleași. Una dintre particularitățile fascinante ale lumii din jurul nostru este că forme și modele diferite apar în contexte foarte diferite. De exemplu, spirala aurie (spirala Fibonacci) se găsește într-o coajă de melc și în formă de galaxie spirală, iar modelul venei răsună într-o ramură a fulgerului.

Universul ca un creier mare



Într - un nou studiu îndrăzneț publicat în Frontiere în fizică (https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2020.525731/full), astrofizicianul și neurochirurgul au folosit analize cantitative pentru a compara cele mai complexe două sisteme din natură: rețeaua neuronală din creierul uman și rețeaua cosmică de galaxii din univers. De fapt, aceasta nu este o comparație atât de ciudată. Imagini circulă de mult timp pe internet care arată o rețea de neuroni pe de o parte și un grup de galaxii care arată uimitor de asemănătoare pe de altă parte.

Dar creierul uman și universul sunt mult mai mult decât o simplă privire. Astrofizicianul Franco Vazza de la Universitatea din Bologna și neurochirurgul Alberto Feletti de la Universitatea din Verona au petrecut ultimii câțiva ani studiind diferitele similitudini dintre univers și creier.

Aceștia și-au explicat activitatea în 2017. „Galaxiile se pot grupa în structuri gigantice care se extind pe sute de milioane de ani lumină. Limita dintre aceste structuri și spațiile goale adiacente poate fi extrem de complexă. Gravitația accelerează materia de pe ele Limite la viteze de mii de kilometri pe secundă și creează unde de șoc și turbulențe în gazele intergalactice. Am prezis că astfel de limite sunt printre cele mai complexe locuri din univers care pot fi caracterizate prin numărul de biți de informații necesari pentru a le descrie. Acest lucru ne-a condus la puneți întrebarea: Structurile similare sunt mai complexe decât creierul uman? - au scris oamenii de știință din Nautilus trimestrial.

Gradul de complexitate și autoorganizare

În ceea ce privește mărimea, creierul și universul diferă cu 27 de ordine de mărime. Cu toate acestea, cercetarea sugerează că procesele fizice care conduc structura universului și structura creierului uman, deși foarte diferite, pot duce la un nivel similar de complexitate și autoorganizare.

Punctul de plecare a fost de a găsi similitudini între cele două structuri examinate. Creierul uman conține aproximativ 69 de miliarde de neuroni și există 100 de miliarde de galaxii în universul observabil. Potrivit autorilor publicației, aceasta este una dintre asemănări.
O altă similitudine este modul în care este organizat. Cele două sisteme sunt aranjate într-o rețea bine definită, nodurile conectându-le într-un mod unic. Fluxul de informații și energie reprezintă doar aproximativ 25% din masa și energia oricărui sistem.

În plus, există asemănări între compoziția creierului și compoziția creierului Univers. Apa reprezintă aproximativ 77% din masa creierului, în timp ce universul este 72% materie întunecată și energie (potrivit unor estimări, chiar 95%). Atât apa, cât și materia întunecată par să joace doar un rol indirect în structurile interne ale creierului și spațiului, spun cercetătorii.

Alte asemănări între creier și cosmos

După ce au descoperit asemănările menționate mai sus, cercetătorii au folosit imagini pentru a compara cantitativ cele două structuri. În acest scop, au fost compilate ilustrații ale creierului uman și simulări ale aspectului rețelei spațiale.

Cercetătorii au căutat diferențe în densitatea distribuției materiei și au constatat că aceasta era surprinzător de similară în ambele sisteme. - Am calculat densitatea spectrală a ambelor sisteme. Aceasta este o tehnică adesea utilizată în cosmologie pentru a studia distribuția spațială a galaxiilor ", spune Vazza.

- Analiza noastră a arătat că distribuția rețelelor neuronale pe o scară de la 1 micrometru la 0,1 milimetri este similară cu distribuția materiei într-o rețea spațială, dar, desigur, la o scară mai mare, între 5 milioane și 500 de milioane de ani lumină ", adaugă cercetătorul.

Dar asta nu este tot. Echipa a examinat și alte caracteristici morfologice, cum ar fi numărul de conexiuni între nodurile cheie din ambele rețele. În medie, rețeaua spațială avea 3,8 până la 4,1 conexiuni pe nod, în timp ce creierul avea o medie de 4,6 până la 5,4 conexiuni pe nod. În plus, ambele sisteme au arătat tendința de a concentra conexiunile în jurul nodurilor centrale. Toate acestea fac ca creierul și universul să aibă capacități informaționale similare.

Aceasta nu înseamnă că universul este un creier imens sau o structură imensă care este capabilă să simtă. Cercetările sugerează că legile care guvernează dezvoltarea creierului și a universului ar putea fi altfel aceleași.