Астрофизик и нейрохирург объединились, чтобы разработать совершенную теорию сверхразума. Они сравнили сеть нейронных клеток человеческого мозга с космической сетью галактик… и обнаружили удивительные сходства.
Встретились как-то астрофизик и нейрохирург…
Астрофизик Болонского университета Франко Вацца и нейрохирург Веронского университета Альберто Фелетти заметили сходство между двумя наиболее сложными системами в природе: сетью нейронных клеток человеческого мозга и сетью галактик. Учёные исследовали структурные, морфологические, сетевые свойства и объем памяти этих двух увлекательных систем с помощью количественного подхода.
Чтобы получить однородный анализ обеих систем, они рассмотрели не истинную нейронную связь, а ее аппроксимацию, основанную на простой близости. Невероятная степень сходства, которую демонстрирует их анализ, по-видимому, предполагает, что самоорганизация этих сложных систем, вероятно, формируется схожими принципами сетевой динамики, несмотря на радикально разные масштабы и действующие процессы.
Наш мозг — особая “вселенная”
Человеческий мозг представляет собой сложную многомасштабную во времени и пространстве структуру, в которой сосуществуют клеточные, молекулярные и нейронные явления. Его можно смоделировать как иерархическую сеть (например, «человеческий коннектом»), в которой нейроны группируются в цепи, столбцы и различные взаимосвязанные функциональные области. Структура нейронной сети обеспечивает связь между различными областями, каждая из которых предназначена для обработки определенных пространственно-временных действий над своими нейронами, формируя физическую и биологическую основу познания. Некоторые из основных задач современной нейробиологии состоят в том, чтобы распутать структуру коннектома, понять, как эта структура может вызывать сложные когнитивные функции, и определить роль глиальных клеток и микросреды в межнейронной физиологии.
Связь с космосом
Несмотря на существенную разницу в масштабе между двумя сетями (более 27 порядков), их количественный анализ, который находится на перекрестке космологии и нейрохирургии, предполагает, что различные физические процессы могут создавать структуры, характеризующиеся одинаковыми уровнями сложности и самоорганизации. Исходя из общих черт двух систем, исследователи сравнили моделирование сети галактик с участками коры головного мозга и мозжечка. Цель состояла в том, чтобы наблюдать, как флуктуации вещества разбегаются по столь разным масштабам.
Карты нормализованного контраста плотности: верхний ряд — срез мозжечка, средний ряд — срез коры головного мозга, нижний ряд — распределение темной материи космической паутины. Спектральный и сетевой анализ, представленный в этой работе, в основном сосредоточен на 40-кратных образцах (все изображения справа).
У нас много общего
Человеческий мозг функционирует благодаря широкой нейронной сети, которая, как считается, содержит около 69 миллиардов нейронов. С другой стороны, наблюдаемая Вселенная состоит из космической сети, состоящей как минимум из 100 миллиардов галактик, свободно связанных вместе, как паутина. Кроме того, и галактики, и нейроны составляют лишь около 30 % от общей массы Вселенной и мозга, соответственно. И галактики, и нейроны располагаются подобно бусинкам на длинных нитях или волокнах. Наконец, в обеих системах 70% распределения массы или энергии состоит из компонентов, играющих явно пассивную роль: вода в мозге и темная энергия в наблюдаемой Вселенной.
«Мы рассчитали спектральную плотность обеих систем. Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик», — объясняет Франко Вацца. Анализ показал, что распределение колебаний в нейронной сети мозжечка в масштабе от 1 микрометра до 0,1 миллиметра следует той же прогрессии распределения материи в космической паутине, но, конечно, в более крупном масштабе, начиная с 5 миллионов до 500 миллионов световых лет. Кластеризация и количество соединений, исходящих от каждого узла, также были странно похожи.
Команда надеется, что их предварительное исследование может привести к новым методам анализа как в космологии, так и в нейрохирургии, что позволит ученым лучше понять, как эти структуры эволюционировали с течением времени.
Список литературы:
- Оригинальный доклад: The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web [Электронный ресурс]. URL: www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2020.525731/full
- Università di Bologna. Does the human brain resemble the Universe? [Электронный ресурс]. URL: phys.org/news/2020-11-human-brain-resemble-universe.html
- Victor Tangermann. Scientists: The Human Brain Has Odd Similarities to the Entire Universe [Электронный ресурс]. URL:
- futurism.com/scientists-human-neurons-oddly-similar-to-observable-universe
