Странное сходство между человеческим мозгом и Вселенной
Источник изображения: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2020.525731/full
Астрофизик из Болонского университета и нейрохирург из Веронского университета сравнили сеть нервных клеток в человеческом мозгу с космической сетью галактик. Этот анализ показывает, что структуры наблюдаемой Вселенной удивительно похожи на нейронные сети человеческого мозга. Исследования показывают, что законы, управляющие развитием мозга и космоса, могут быть одинаковыми. Одна из удивительных особенностей окружающего нас мира заключается в том, что разные формы и узоры появляются в очень разных контекстах. Например, золотая спираль (спираль Фибоначчи) находится в раковине улитки и имеет форму спиральной галактики, а рисунок прожилок перекликается с ветвью молнии.
Вселенная похожа на большой мозг
В новом смелом исследовании, опубликованном в Границы физики (https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2020.525731/full) 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. В Интернете уже давно циркулируют изображения, на которых изображена сеть нейронов, с одной стороны, и скопление галактик, которые выглядят поразительно похожими, с другой.
Но человеческий мозг и Вселенная - это гораздо больше, чем просто взгляд. Астрофизик Франко Вацца из Университета Болоньи и нейрохирург Альберто Фелетти из Университета Вероны провели последние несколько лет, изучая различные сходства между Вселенной и мозгом.
Они объяснили свою работу еще в 2017 году. «Галактики могут группироваться в гигантские структуры, которые простираются на сотни миллионов световых лет. Граница между этими структурами и прилегающими пустыми пространствами может быть чрезвычайно сложной. Гравитация ускоряет материю на них. тысяч километров в секунду и создает ударные волны и турбулентность в межгалактических газах. Мы предсказали, что такие границы являются одними из самых сложных мест во Вселенной, которые можно охарактеризовать количеством битов информации, необходимых для их описания. Это привело нас к задайте вопрос: «А подобные структуры сложнее человеческого мозга?» - писали ученые в ежеквартальном журнале Nautilus.
Степень сложности и самоорганизации
По размеру мозг и Вселенная различаются на 27 порядков. Однако исследования показывают, что физические процессы, которые управляют структурой Вселенной и структурой человеческого мозга, хотя и сильно различаются, могут привести к аналогичному уровню сложности и самоорганизации.
Отправной точкой было обнаружение сходства между двумя исследованными структурами. Человеческий мозг содержит около 69 миллиардов нейронов, а в наблюдаемой Вселенной 100 миллиардов галактик. По мнению авторов публикации, это одно из сходств.
Еще одно сходство - это организация. Две системы организованы в четко определенную сеть, а узлы соединяют их уникальным образом. Поток информации и энергии составляет лишь около 25% массы и энергии любой системы.
Кроме того, есть сходство между составом мозга и составом мозга. Вселенная. Вода составляет около 77 процентов массы мозга, в то время как Вселенная состоит на 72 процента из темной материи и энергии (по некоторым оценкам даже на 95 процентов). Исследователи говорят, что и вода, и темная материя, по-видимому, играют лишь косвенную роль во внутренних структурах мозга и космоса.
Другие сходства между мозгом и космосом
Обнаружив упомянутые выше сходства, исследователи использовали изображения для количественного сравнения двух структур. Для этого были составлены иллюстрации человеческого мозга и моделирование внешнего вида пространственной сети.
Исследователи искали различия в плотности распределения материи и обнаружили, что она на удивление похожа в обеих системах. - Мы рассчитали спектральную плотность обеих систем. Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик, - говорит Вацца.
- Наш анализ показал, что распределение нейронных сетей в масштабе от 1 микрометра до 0,1 миллиметра аналогично распределению материи в пространственной сети, но, конечно, в большем масштабе, между 5 миллионами и 500 миллионами световых лет ", добавляет исследователь.
Но это не все. Команда также изучила другие морфологические характеристики, такие как количество соединений между ключевыми узлами в обеих сетях. В среднем пространственная сеть имела от 3,8 до 4,1 соединения на узел, в то время как мозг имел в среднем от 4,6 до 5,4 соединения на узел. Кроме того, обе системы продемонстрировали тенденцию концентрировать соединения вокруг центральных узлов. Все это делает мозг и Вселенную похожими информационными возможностями.
Это не значит, что Вселенная - это огромный мозг или огромная структура, способная чувствовать. Исследования показывают, что в противном случае законы, управляющие развитием мозга и Вселенной, могли бы быть одинаковыми.