Найдены поразительные сходства в строении нейронов нашего мозга и колоссальных скоплений галактик
Одна интересная особенность Вселенной состоит в том, что одинаковые формы и узоры можно встретить в совершенно разных контекстах. Например, спираль золотого сечения можно увидеть как в панцире улитки, так и в форме спиральной галактики, а фрактальная геометрия наших сосудов отражается в разветвлении молний.
В новом исследовании астрофизик и нейрохирург поделились результатами своих наблюдений, использовав количественный анализ для сравнения двух самых сложных систем в природе: нейронной сети в человеческом мозгу и космической сети галактик во Вселенной.
Астрофизик Франко Вацца из Университета Болоньи в Италии и нейрохирург Альберто Фелетти из Университета Вероны провели последние несколько лет, пытаясь определить, является ли сходство этих двух систем чем-то большим, нежели случайное совпадение.
В статье в Nautilus Quarterly от 2017 году они заявляли, что «...галактики могут группироваться в огромные структуры (называемые скоплениями, сверхскоплениями и нитями), которые простираются на сотни миллионов световых лет. Определить границы между этими структурами и соседними участками пустого пространства, называемыми космическими пустотами, может быть чрезвычайно сложно.
Гравитация ускоряет материю на этих пограничных областях до тысячи километров в секунду, создавая ударные волны и турбулентность в межгалактических газах. Из-за этого граница становится одним из самых сложных паттернов во всей Вселенной, если судить по количеству бит информации, необходимой для его описания.
Это заставило нас задуматься: неужели он сложнее структуры нашего мозга?»
Две этих структуры отличаются 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; а наблюдаемая «космическая паутина» содержит более 100 миллиардов галактик. Обе системы организованы в четко сформированные сети с узлами (нейронами в мозгу, галактиками во Вселенной), соединенными нитями.
Пропорции и нейронов, и галактик соблюдают примерно одни и те же размерности, но в масштабе. А поток информации и энергии между узлами составляет всего около 25% от энергосодержания каждой системы.
Кроме того, наблюдается сходство между составом мозга и составом Вселенной. Мозг на 77% состоит из воды. 72% Вселенной состоит из темной энергии. Оба этих вещества, по-видимому, являются пассивными материалами, которые пронизывают соответствующие системы и играют лишь косвенную роль в их внутренних структурах.
Определив эти сходства, команда провела количественное сравнение двух систем на основе изображений. Они получили срезы мозжечка и коры головного мозга человека при разном увеличении и сравнили их с симуляциями галактического кластера. Ученые искали сходства в колебаниях плотности материи между мозгом и «космической паутиной». И они обнаружили, что относительное распределение флуктуаций в двух системах было поразительно схожим, хотя речь и идет об очень разных масштабах.
«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 галактическом кластере. Но, конечно, в более крупном масштабе, начиная от 5 до 500 миллионов световых лет», — пишут ученые.
Сопоставив эти, а также многие другие неожиданные свойства, ученые пришли к выводу, что удивительные структурные паттерны обеих сетей в самом деле развиваются по схожим принципам. И это несмотря на поразительную разницу между физическими силами, регулирующими нейроны внутри нашего мозга и целые скопления галактик. Не исключено, что для более глубокого понимания законов Вселенной нам придется для начала заглянуть в самих себя.
Исследователи доказали, что между тончайшей паутинкой нейронов нашего мозга и космической «паутиной» галактик намного больше общего, чем может показаться на первый взгляд