Badania wykazały zaskakujące podobieństwa między ludzkim mózgiem a wszechświatem!

Fascynującym dziwactwem Wszechświata jest to, że kształty i wzory można znaleźć w bardzo różnych kontekstach: Złotą Spiralę można zobaczyć w ludzkim ślimaku (części ucha) i kształcie galaktyki spiralnej. Fraktalna geometria żył odbijała się echem w rozgałęzieniach błyskawic.

W odważnym nowym badaniu naukowcy użyli analizy ilościowej do porównania dwóch najbardziej złożonych systemów w przyrodzie: sieci neuronowej w ludzkim mózgu i kosmicznej sieci galaktyk.

Nie jest to do końca szczególne porównanie. Być może widzieliście obraz, który czasami jest udostępniany, przedstawiający ludzki neuron i symulowaną gromadę galaktyk obok siebie. Oba wyglądają zaskakująco podobnie.

(Mark Miller / Virgo Consortium / Visual Complexity)

Ale wygląd ludzki mózgu i Wszechświat to tylko wierzchołek góry lodowej.

Tak więc astrofizyk Franco Vazza z Uniwersytetu Bolońskiego we Włoszech i neurochirurg Alberto Feletti z Uniwersytetu w Weronie we Włoszech spędzili ostatnie kilka lat na badaniu, aby ustalić, czy podobieństwa sięgają głębiej, czy są tylko powierzchowne.

Pisząc w Nautilus Quarterly w 2017 roku, wyjaśnili:

“Galaktyki mogą grupować się w ogromne struktury (zwane gromadami i supergromadami), które rozciągają się na setki milionów lat świetlnych. Granica między tymi strukturami a sąsiednimi obszarami pustej przestrzeni zwanej kosmicznymi pustkami może być niezwykle złożona. Grawitacja przyspiesza materię na tych granicach do prędkości tysięcy kilometrów na sekundę, tworząc fale uderzeniowe i turbulencje w gazach międzygalaktycznych. Przewidzieliśmy, że granica między nimi jest jedną z najbardziej złożonych rzeczy wszechświata, mierzoną liczbą bitów informacji potrzebnych do jej opisania. To skłoniło nas do myślenia: czy to jest bardziej złożone niż mózg?”

Te dwa typy struktur różnią się o 27 rzędów wielkości (to miliard miliardów miliardów). Jednak wyniki zespołu sugerują, że chociaż fizyczne procesy, które kierują strukturą Wszechświata i strukturą ludzkiego mózgu, są skrajnie różne, mogą skutkować podobnym poziomem złożoności i samoorganizacji.

Punktem wyjścia było wypracowanie podobieństw między nimi. Ludzki móżdżek ma około 69 miliardów neuronów, obserwowalna kosmiczna sieć zawiera ponad 100 miliardów galaktyk.

Oba systemy są rozmieszczone w dobrze zdefiniowanych sieciach, z węzłami (neurony w mózgu, galaktyki we Wszechświecie) połączonymi włóknami.

Zarówno neurony, jak i galaktyki mają typową skalę, która stanowi tylko ułamek długości włókien, które je łączą. A przepływ informacji i energii między węzłami stanowi tylko około 25 procent masy i energii zawartej w każdym systemie.

Ponadto istnieją podobieństwa między składem mózgu a składem Wszechświata. Mózg składa się w około 77 procentach z wody. Wszechświat składa się w około 72% z ciemnej energii.

Oba są pozornie pasywnymi materiałami i odgrywają tylko pośrednią rolę w ich wewnętrznych strukturach.

Po zdefiniowaniu tych podobieństw zespół następnie podjął się ilościowego porównania obydwu na podstawie obrazów. Uzyskali wycinki ludzkiego móżdżku i kory mózgowej w różnych powiększeniach i porównali je z symulacjami kosmicznej sieci.

To, czego szukali, to podobieństwa w fluktuacjach gęstości materii. Okazało się, że względny rozkład fluktuacji w tych dwóch systemach był zdumiewająco podobny – chociaż w bardzo różnych skalach.

Wycinek móżdżku (po lewej) i symulacja sieci kosmicznej (po prawej). (University of Bologna)

“Obliczyliśmy gęstość widmową obu systemów. Jest to technika często stosowana w kosmologii do badania przestrzennego rozmieszczenia galaktyk” – powiedział Vazza.

“Nasza analiza wykazała, że ​​rozkład fluktuacji w obrębie sieci neuronowej móżdżku w skali od 1 mikrometra do 0,1 milimetra podąża za tym samym postępem rozkładu materii w kosmicznej sieci, ale oczywiście na większą skalę. “

Ale to nie wszystko.

Zespół przyjrzał się innym cechom morfologicznym, takim jak liczba włókien połączonych z każdym węzłem. Kosmiczna sieć, oparta na próbie od 3800 do 4700 węzłów, miała średnio 3,8 do 4,1 połączeń na węzeł. Ludzka kora, z próbki od 1800 do 2000 węzłów, miała średnio od 4,6 do 5,4 połączeń na węzeł.

Ponadto oba systemy wykazywały tendencję do tworzenia klastrów połączeń wokół węzłów centralnych. Wydaje się, że oba mają podobną pojemność informacyjną.

Niedawne badania sugerują, że pamięć ludzkiego mózgu wynosi około 2,5 petabajta. Inne niedawne badanie przeprowadzone przez Vazzę sugeruje, że pojemność pamięci wymagana do przechowywania złożoności Wszechświata wynosi około 4,3 petabajta.

“Mówiąc z grubsza”, napisali naukowcy w 2017 roku, “to podobieństwo w pojemności pamięci oznacza, że ​​cały zbiór informacji przechowywanych w ludzkim mózgu (na przykład całe doświadczenie życiowe osoby) może być również zakodowany w dystrybucji galaktyk w naszym wszechświecie. “

Nie oznacza to, że Wszechświat jest mózgiem. Ale sugeruje, że prawa rządzące rozwojem struktur obu mogą być takie same.

Według artykułu z 2012 roku opartego na symulacjach sieć przyczynowa reprezentująca wielkoskalową strukturę czasoprzestrzeni w naszym przyspieszającym wszechświecie jest wykresem prawa potęgi niezwykle podobnym do ludzkiego mózgu.

Badania takie jak to przeprowadzone przez Vazzę i Felettiego mogą utorować drogę do lepszego zrozumienia tych praw.

“Po raz kolejny parametry strukturalne zidentyfikowały nieoczekiwane poziomy zgodności. Prawdopodobnie łączność w obu sieciach ewoluuje zgodnie z podobnymi zasadami fizycznymi, pomimo uderzającej i oczywistej różnicy między fizycznymi mocami regulującymi galaktyki i neurony” – powiedział Feletti.

“Te dwie złożone sieci wykazują więcej podobieństw niż te wspólne między kosmiczną siecią a galaktyką lub siecią neuronową i wnętrzem ciała neuronowego”.

 

Źródła: Michelle Starr / Science Alert

A Brain Cell is the Same as the Universe

Adrian Bejan – Constructal Law

The Strange Similarity of Neuron and Galaxy Networks

Does the human brain resemble the Universe?

Nanoconnectomic upper bound on the variability of synaptic plasticity

How complex is the cosmic web?

Network Cosmology

Zdjęcia: iStock

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x