Исследование обнаружило странные структурные сходства между человеческим мозгом и Вселенной

В новом исследовании астрофизик и нейрохирург, использовали количественный анализ для сравнения двух самых сложных систем в природе: нейронной сети в человеческом мозгу и космической сети галактик во Вселенной.

На самом деле это не такое уж странное сравнение. Возможно, вы видели изображение, которое иногда становится популярным и показывающее человеческий нейрон и моделируемое скопление галактик; они выглядят поразительно похожими.

Но человеческий мозг и Вселенная — это гораздо больше, чем то, как они выглядят.

Итак, астрофизик Франко Вацца из Университета Болоньи в Италии и нейрохирург Альберто Фелетти из Университета Вероны в Италии провели последние несколько лет, пытаясь определить, является ли сходство более чем поверхностным.

Два типа структур различаются по размеру на 27 порядков (это миллиард миллиардов миллиардов). Но результаты команды показывают, что, хотя физические процессы, управляющие структурой Вселенной и структурой человеческого мозга, сильно различаются, они могут привести к аналогичным уровням сложности и самоорганизации.

Отправной точкой было выявление сходства между ними. В мозжечке человека около 69 миллиардов нейронов; наблюдаемая космическая паутина содержит более 100 миллиардов галактик.

Обе системы организованы в четко определенные сети с узлами (нейронами в мозгу, галактиками во Вселенной), соединенными нитями.

И нейроны, и галактики имеют типичный масштабный радиус, составляющий лишь часть длины волокон. А поток информации и энергии между узлами составляет всего около 25 процентов массы и энергосодержания каждой системы.

Кроме того, есть сходство между составом мозга и составом Вселенной. Мозг на 77 процентов состоит из воды. 72% Вселенной — темная энергия.

Определив эти сходства, ученые затем провели количественное сравнение этих двух изображений. Они получили срезы мозжечка и коры головного мозга человека при разном увеличении и сравнили их с симуляциями космической паутины.

Они искали сходства в колебаниях плотности материи между мозгом и космической паутиной. И обнаружили, что относительное распределение флуктуаций в двух системах было поразительно похоже, хотя и в очень разных масштабах.

«Мы рассчитали спектральную плотность обеих систем. Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик», — сказал Вазза.

«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 от миллиона до 500 миллионов световых лет».

Но это еще не все.

Команда изучила другие морфологические особенности, такие как количество волокон, соединенных с каждым узлом. Космическая сеть, основанная на выборке от 3800 до 4700 узлов, имела в среднем от 3,8 до 4,1 соединения на узел. Кора головного мозга человека для выборки из 1800–2000 узлов имела в среднем от 4,6 до 5,4 соединений на узел.

Кроме того, обе системы продемонстрировали тенденцию к объединению соединений в кластеры вокруг центральных узлов. И оба, похоже, обладают схожей информационной емкостью.

Недавнее исследование предполагает, что память человеческого мозга составляет около 2,5 петабайт. Другое недавнее исследование предполагает, что объем памяти, необходимый для хранения всей сложности Вселенной, составляет около 4,3 петабайта.

«Грубо говоря, — писали исследователи, — это сходство в объеме памяти означает, что весь объем информации, хранящейся в человеческом мозгу (например, весь жизненный опыт человека), также может быть закодирован в распределение галактик в нашей Вселенной «.

Это не значит, что Вселенная — это мозг или разум. Но это намекает на то, что законы, управляющие ростом структур обоих, могут быть одинаковыми.

Согласно статье 2012 года, причинная сеть, представляющая крупномасштабную структуру пространства-времени в нашей ускоряющейся Вселенной, представляет собой график степенного закона, очень похожий на человеческий мозг.

Исследование было опубликовано в Frontiers in Physics.

Источники: Фото: Illustris Collaboration