Dodano: 18 listopad 2020r.

Dziwne podobieństwa między ludzkim mózgiem i Wszechświatem

Astrofizyk z Uniwersytetu Bolońskiego i neurochirurg z Uniwersytetu w Weronie porównali sieć komórek neuronowych znajdujących się w ludzkim mózgu z kosmiczną siecią galaktyk. Analizy te wskazują, że struktury obserwowalnego Wszechświata są zadziwiająco podobne do sieci neuronowych ludzkiego mózgu. Badania sugerują, że prawa, które rządzą rozwojem mózgu i kosmosu, mogą być takie same.

Dziwne podobieństwa między ludzkim mózgiem i Wszechświatem

 

Jednym z fascynujących dziwactw otaczającego nas świata jest fakt, że różne kształty i wzory pojawiają się w bardzo różnych kontekstach. Dla przykładu złotą spiralę (spiralę Fibonacciego) odnajdziemy w muszli ślimaków i w kształcie galaktyki spiralnej, a układ żył odbija się echem w rozgałęzieniu pioruna.

Wszechświat jak wielki mózg

W nowym, śmiałym badaniu, które ukazało się na łamach pisma "Frontiers in Physics", astrofizyk i neurochirurg wykorzystali analizę ilościową do porównania dwóch najbardziej złożonych układów w przyrodzie: sieci neuronów w ludzkim mózgu i kosmicznej sieci galaktyk we Wszechświecie. W rzeczywistości nie jest to aż tak osobliwe porównanie. W internecie od dawna krążą obrazy przedstawiające z jednej strony sieć neuronów, z drugiej gromadę galaktyk, które wyglądają zadziwiająco podobnie.

Ale ludzki mózg i Wszechświat to o wiele więcej niż sam wygląd. Astrofizyk Franco Vazza z Uniwersytetu Bolońskiego i neurochirurg Alberto Feletti z Uniwersytetu w Weronie spędzili ostatnie kilka lat na badaniu różnorakich podobieństw kosmosu i mózgu.

Podobieństwo w budowie ludzkiego mózgu i Wszechświata

Fot. Mark Miller/Virgo Consortium/Visual Complexity. Na zdjęciu po lewej stronie sieć neuronowa myszy z widocznym neuronem i zestawem rozgałęziających się od niego aksonów. Po lewej symulowany rozkład materii w obszarze Wszechświata obejmującym dwa miliardy lat świetlnych.

Swoją pracę wyjaśniali już w 2017 roku. "Galaktyki mogą grupować się w ogromne struktury, które rozciągają się na setki milionów lat świetlnych. Granica pomiędzy tymi strukturami a sąsiadującymi z nimi fragmentami pustej przestrzeni może być niezwykle złożona. Grawitacja przyspiesza materię na tych granicach do prędkości tysięcy kilometrów na sekundę, tworząc fale uderzeniowe i turbulencje w gazach międzygalaktycznych. Przewidywaliśmy, że granice takie należą do najbardziej złożonych miejsc Wszechświata, które można scharakteryzować liczbą bitów informacji potrzebnych do ich opisania. To skłoniło nas do zadania pytania: czy podobne struktury są bardziej złożone niż ludzki mózg?" - pisali naukowcy w kwartalniku „Nautilus”.

Poziom złożoności i samoorganizacji

Jeśli chodzi o rozmiar, to mózg i Wszechświat różnią się o 27 rzędów wielkości. Jednak wyniki badań sugerują, że choć procesy fizyczne, które napędzają strukturę Wszechświata i strukturę ludzkiego mózgu są bardzo różne, to mogą one prowadzić do podobnych poziomów złożoności i samoorganizacji.

Punktem wyjścia było znalezienie podobieństw między dwoma badanymi strukturami. W ludzkim mózgu znajduje się około 69 miliardów neuronów, zaś w obserwowalnym Wszechświecie istnieje 100 miliardów galaktyk. To, według autorów publikacji, jedno z podobieństw.

Kolejnym jest sposób organizacji. Oba systemy są ułożone w ściśle określonej sieci, z węzłami łączącymi je w charakterystyczny sposób. Przepływ informacji i energii wynosi tylko około 25 proc. masy i energii każdego systemu.

Ponadto, istnieją podobieństwa między składem mózgu a składem Wszechświata. Woda stanowi około 77 proc. masy mózgu, zaś Wszechświat w 72 proc. procentach składa się z ciemnej materii i energii (według niektórych szacunków nawet z 95 proc.). Zarówno woda jak i ciemna materia wydają się odgrywać jedynie pośrednią rolę w wewnętrznych strukturach mózgu i kosmosu – twierdzą badacze.

Dalsze podobieństwa mózgu i kosmosu

Po określeniu powyższych podobieństw, naukowcy podjęli się ilościowego porównania obu struktur w oparciu o obrazy. W tym celu zestawiono ze sobą ilustracje ludzkiego mózgu oraz symulacje wyglądu sieci kosmicznej.

Badacze poszukiwali różnic w gęstości rozłożenia materii i stwierdzili, że w obu układach jest ona zadziwiająco podobna. - Obliczyliśmy gęstość spektralną obu systemów. Jest to technika często stosowana w kosmologii do badania rozkładu przestrzennego galaktyk - mówi Vazza.

- Nasza analiza wykazała, że ułożenie sieci neuronów w skali od 1 mikrometra do 0,1 milimetra jest podobne do rozkładu materii w sieci kosmicznej, ale oczywiście w większej skali, która wynosi od 5 milionów do 500 milionów lat świetlnych – dodaje badacz.

Ale to nie wszystko. Zespół przyjrzał się innym cechom morfologicznym, takim jak liczba połączeń między ważnymi węzłami obu sieci. Średnio w sieci kosmicznej przypadało od 3,8 do 4,1 połączeń na węzeł, z kolei w mózgu średnia wyniosła od 4,6 do 5,4 połączeń na węzeł. Ponadto oba systemy wykazywały tendencję do skupiania połączeń wokół węzłów centralnych. Wszystko to sprawia, że mózg i Wszechświat wydają się mieć podobną przepustowość informacyjną.

Nie oznacza to, że Wszechświat jest gigantycznym mózgiem lub strukturą zdolną do odczuwania. Badania sugerują co innego, że prawa, które rządzą rozwojem mózgu i kosmosu, mogą być takie same.
 

Źródło: University of Bologna/EurekAlert!, fot. University of Bologna. Na zdjęciu głównym po lewej fragment móżdżku w 40-krotnym powiększeniu, po prawej kosmiczna sieć o szerokości 300 mln lat świetlnych.