Астрофизик от Университета в Болоня и неврохирург от Университета във Верона сравняват мрежата от невронални клетки в човешкия мозък с космическата мрежа от галактики ... и виждат изненадващи прилики.

В своята статия, публикувана във Frontiers in Physics, Франко Ваца (Franco Vazza), астрофизик в Университета в Болоня, и Алберто Фелети (Alberto Feletti), неврохирург в Университета във Верона, изследват приликите между две от най-предизвикателните и сложни системи в природата - космическата мрежа от галактики и мрежата от невронални клетки в човешкия мозък.

Въпреки съществената разлика в мащаба между двете мрежи (повече от 27 порядъка), техният количествен анализ, който се намира на кръстопътя на космологията и неврохирургията, предполага, че различни физически процеси могат да изграждат структури, характеризиращи се с подобни нива на сложност и самоорганизация.

Човешкият мозък функционира благодарение на широката си невронална мрежа, за която се смята, че съдържа приблизително 69 милиарда неврони. От друга страна, наблюдаваната Вселена е съставена от космическа мрежа от поне 100 милиарда галактики.

В рамките на двете системи само 30% от техните маси са съставени от галактики и неврони.

В рамките на двете системи галактиките и невроните се подреждат в дълги нишки или възли между нишките.

И накрая, в двете системи 70% от разпределението на масата или енергията се състои от компоненти, играещи очевидно пасивна роля - вода в мозъка и тъмна енергия в наблюдаваната Вселена.

Започвайки от общите характеристики на двете системи, изследователите сравняват симулация на мрежа от галактики с участъци от мозъчната кора и малкия мозък. Целта им е да се наблюдава как колебанията на материята се разпръскват в толкова разнообразни мащаби.

"Изчислихме спектралната плътност на двете системи. Това е техника, често използвана в космологията за изследване на пространственото разпределение на галактиките", обяснява Франко Ваца. "Нашият анализ показа, че разпределението на флуктуация в невроналната мрежа на малкия мозък в скала от 1 микрометър до 0,1 милиметра следва същата прогресия на разпределението на материята в космическата мрежа, но, разбира се, в по-голям мащаб, който варира от 5 милион до 500 милиона светлинни години".

Двамата изследователи изчисляват и някои параметри, характеризиращи както невроналната мрежа, така и космическата мрежа-  средният брой връзки във всеки възел и тенденцията за групиране на няколко връзки в съответните централни възли в мрежата.

"За пореден път в структурните параметри са идентифицирани неочаквани нива на съгласуваност. Вероятно връзката в двете мрежи се развива следвайки сходни физически принципи, въпреки поразителната и очевидна разлика между физическите сили, регулиращи галактиките и невроните", добавя Алберто Фелети. "Тези две сложни мрежи показват повече прилики отколкото между космическата мрежа и галактиките или невронална мрежа и вътрешността на невроналното тяло".

Обнадеждаващите резултати от това пилотно проучване показват, че новите и ефективни техники за анализ в двете области, космологията и неврохирургията, ще позволят по-добро разбиране на динамиката в основата на еволюцията на тези две системи.

Справка: F. Vazza et al, The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web, Frontiers in Physics (2020). DOI: 10.3389/fphy.2020.525731

Източник: Does the human brain resemble the Universe?, Università di Bologna