В своей статье, опубликованной в Frontiers of Physics, Франко Вацца (астрофизик из Университета Болоньи) и Альберто Фелетти (нейрохирург из Университета Вероны) поделились своим исследованием сходства между двумя наиболее сложными системами в природе: космической сетью галактик и сеть нейрональных клеток в человеческом мозге.
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 организации.
Человеческий мозг функционирует благодаря своей широкой нейронной сети, которая, как считается, содержит около 69 миллиардов нейронов. С другой стороны, наблюдаемая Вселенная может являться космической паутиной по крайней мере из 100 миллиардов галактик. В обеих системах только 30% их массы составляют галактики и нейроны. В обеих системах галактики и нейроны образуют длинные волокна или узлы между ними. Наконец, в обеих системах 70% распределения массы или энергии состоит из компонентов, играющих явно пассивную роль: вода в мозгу и темная энергия в наблюдаемой Вселенной.
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 в столь разных масштабах.
Франко Вацца объясняет:
Мы рассчитали спектральную плотность обеих систем. Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик. Наш 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 от миллиона до 500 миллионов световых лет.
Два исследователя также рассчитали некоторые параметры, характеризующие как нейронную сеть, так и космическую паутину: среднее количество соединений в каждом узле и тенденцию кластеризации нескольких соединений в соответствующих центральных узлах внутри сети.
Альберто Фелетти дополняет коллегу:
И снова структурные параметры выявили неожиданные уровни согласия. Вероятно, связь между двумя сетями развивается по сходным физическим принципам, несмотря на поразительную и очевидную разницу между физическими силами, регулирующими галактики и нейроны. Эти две сложные сети демонстрируют большее сходство, чем те, которые разделяют космическая сеть и галактика или нейронная сеть и внутренняя часть тела нейрона.
Обнадеживающие результаты этого пилотного исследования побуждают исследователей думать, что новые и эффективные методы анализа в обеих областях, космологии и нейрохирургии, позволят лучше понять направленную динамику, лежащую в основе временной эволюции этих двух систем.
Читать TechDigest в Google
