Hărți de studiu. Asemănările structurale ciudate dintre creierul uman și Univers

O particularitate fascinantă a Universului este că formele și modelele pot fi găsite în contexte extrem de diferite: Spirala Aurie poate fi văzută în cohleea umană și forma unei galaxii spiralate; geometria fractală a venelor ecou în ramificarea fulgerului. Într-un nou studiu pilot îndrăzneț, un astrofizician și un neurochirurg au crescut cu un pas, folosind analiza cantitativă pentru a compara două dintre cele mai complexe sisteme din natură: rețeaua neuronală din creierul uman și rețeaua cosmică de galaxii din Univers. De fapt, nu este o comparație atât de ciudată. Este posibil să fi văzut o imagine care este partajată ocazional, prezentând un neuron uman și un cluster de galaxii simulat, unul lângă altul; cele două arată uimitor de asemănătoare. Dar creierul uman – și Univers – este mult mai mult decât modul în care arată.

Așadar, astrofizicianul Franco Vazza de la Universitatea Bologna din Italia și neurochirurgul Alberto Feletti de la Universitatea Verona din Italia și-au petrecut ultimii ani investigând pentru a determina dacă asemănările sunt mai mult decât adânci în piele. „Galaxiile se pot grupa în structuri enorme (numite clustere, superclustere și filamente) care se întind pe sute de milioane de ani-lumină. Granița dintre aceste structuri și porțiunile învecinate de spațiu gol numite goluri cosmice poate fi extrem de complexă. Gravitația accelerează materia la aceste limite la viteze de mii de kilometri pe secundă, creând unde de șoc și turbulențe în gazele intergalactice. Am prezis că granița golului-filament este unul dintre cele mai complexe volume ale universului, măsurat prin numărul de biți de informații necesare pentru a o descrie.

Acest lucru ne-a făcut să ne gândim: este mai complex decât creierul?” Cele două tipuri de structuri diferă ca mărime cu 27 de ordine de mărime (adică un miliard de miliard de miliarde). Dar rezultatele echipei sugerează că, în timp ce procesele fizice care conduc structura Universului și structura creierului uman sunt extrem de diferite, ele pot duce la niveluri similare de complexitate și auto-organizare, au spus cercetătorii. Punctul de plecare a fost găsirea de asemănări între cele două. Cerebelul uman are în jur de 69 de miliarde de neuroni; rețeaua cosmică observabilă conține peste 100 de miliarde de galaxii. Asta e unul. Ambele sisteme sunt dispuse în rețele bine definite, cu noduri (neuroni din creier, galaxii din Univers) conectate prin filamente. Atât neuronii, cât și galaxiile au o rază de scară tipică care este doar o fracțiune din lungimea filamentelor. Iar fluxul de informații și energie între noduri reprezintă doar aproximativ 25% din masa și conținutul energetic al fiecărui sistem. În plus, există asemănări între compoziția creierului și compoziția Universului. Creierul este în jur de 77% apă. Universul are aproximativ 72% energie întunecată. Ambele sunt materiale aparent pasive care pătrund în sistemul lor și joacă doar un rol indirect în structurile lor interne. Cu aceste asemănări definite, echipa a întreprins apoi o comparație cantitativă a celor două, pe baza imaginilor. Ei au obținut felii ale cerebelului și cortexului uman la diferite măriri și le-au comparat cu simulări ale rețelei cosmice. Ceea ce căutau erau asemănări în fluctuațiile densității materiei dintre creier și rețeaua cosmică. Și au descoperit că distribuția relativă a fluctuațiilor în cele două sisteme a fost uimitor de similară – deși la scări mult diferite. Echipa a analizat alte caracteristici morfologice, cum ar fi numărul de filamente conectate la fiecare nod. Rețeaua cosmică, bazată pe un eșantion de 3.800 până la 4.700 de noduri, a avut în medie 3,8 până la 4,1 conexiuni per nod. Cortexul uman, pentru un eșantion de 1.800 până la 2.000 de noduri, a avut o medie de 4,6 până la 5,4 conexiuni per nod.

În plus, ambele sisteme au arătat o tendință de a clusteriza conexiunile în jurul nodurilor centrale. Și ambele par să aibă o capacitate de informare similară. Un studiu recent sugerează că memoria creierului uman este de aproximativ 2,5 petabytes. Un alt studiu recent, al lui Vazza, sugerează că această capacitate de memorie necesară pentru a stoca complexitatea Universului este de aproximativ 4,3 petaocteți. „În linii mari”, au scris cercetătorii în 2017, „această similitudine în capacitatea de memorie înseamnă că întregul corp de informații care este stocat într-un creier uman (de exemplu, întreaga experiență de viață a unei persoane) poate fi, de asemenea, codificat în distribuție. a galaxiilor din universul nostru.” Asta nu înseamnă că Universul este un creier sau capabil de simțire. Dar indică faptul că legile care guvernează creșterea structurilor ambelor ar putea fi aceleași. Potrivit unei lucrări din 2012 bazate pe simulări, rețeaua cauzală care reprezintă structura la scară largă a spațiu-timpului în universul nostru care se accelerează este un grafic al legii puterii remarcabil de similar cu creierul uman. Studii ca acesta, deVazza și Feletti ar putea deschide calea către o mai bună înțelegere a acestor legi. „Încă o dată, parametrii structurali au identificat niveluri de acord neașteptate. Probabil, conectivitatea în cadrul celor două rețele evoluează urmând principii fizice similare, în ciuda diferenței izbitoare și evidente dintre puterile fizice care reglează galaxiile și neuronii”, a spus Feletti. „Aceste două rețele complexe arată mai multe asemănări decât cele împărtășite între rețeaua cosmică și o galaxie sau o rețea neuronală și interiorul unui corp neuronal”.  Sursa: sciencealert.com