En astrofysiker vid universitetet i Bologna och en neurokirurg vid universitetet i Verona jämförde nätverket av neuronala celler i den mänskliga hjärnan med det kosmiska nätverket av galaxer... och överraskande likheter uppstod

I sitt papper publicerat i Gränser i fysik , Franco Vazza (astrofysiker vid universitetet i Bologna) och Alberto Feletti (neurokirurg vid universitetet i Verona) undersökte likheterna mellan två av de mest utmanande och komplexa systemen i naturen:det kosmiska nätverket av galaxer och nätverket av neuronala celler i människan hjärna.

Trots den betydande skillnaden i skala mellan de två nätverken (mer än 27 storleksordningar), deras kvantitativa analys, som sitter vid korsningen av kosmologi och neurokirurgi, föreslår att olika fysiska processer kan bygga strukturer som kännetecknas av liknande nivåer av komplexitet och självorganisering.

Den mänskliga hjärnan fungerar tack vare dess breda neuronala nätverk som anses innehålla cirka 69 miljarder neuroner. Å andra sidan, det observerbara universum består av en kosmisk väv av minst 100 miljarder galaxer. Inom båda systemen, endast 30% av deras massor består av galaxer och neuroner. Inom båda systemen, galaxer och neuroner ordnar sig i långa filament eller noder mellan filamenten. Till sist, inom båda systemen, 70 % av fördelningen av massa eller energi består av komponenter som spelar en till synes passiv roll:vatten i hjärnan och mörk energi i det observerbara universum.

Med utgångspunkt från de delade funktionerna i de två systemen, forskare jämförde en simulering av nätverket av galaxer med delar av hjärnbarken och lillhjärnan. Målet var att observera hur materiafluktuationer sprids över så olika skalor.

"Vi beräknade spektraltätheten för båda systemen. Detta är en teknik som ofta används inom kosmologi för att studera den rumsliga fördelningen av galaxer, " förklarar Franco Vazza. "Vår analys visade att fördelningen av fluktuationen inom cerebellums neuronala nätverk på en skala från 1 mikrometer till 0,1 millimeter följer samma utveckling av materiens fördelning i det kosmiska nätet, men, självklart, i en större skala som går från 5 miljoner till 500 miljoner ljusår."

De två forskarna beräknade också några parametrar som kännetecknar både det neuronala nätverket och det kosmiska nätet:det genomsnittliga antalet anslutningar i varje nod och tendensen att gruppera flera anslutningar i relevanta centrala noder inom nätverket.

"Ännu en gång, strukturella parametrar har identifierat oväntade avtalsnivåer. Förmodligen, anslutningen inom de två nätverken utvecklas enligt liknande fysiska principer, trots den slående och uppenbara skillnaden mellan de fysiska krafterna som reglerar galaxer och neuroner, ", tillägger Alberto Feletti. "Dessa två komplexa nätverk visar fler likheter än de som delas mellan det kosmiska nätet och en galax eller ett neuronalt nätverk och insidan av en neuronal kropp."

De uppmuntrande resultaten av denna pilotstudie får forskarna att tro att nya och effektiva analystekniker inom båda områdena, kosmologi, och neurokirurgi, kommer att möjliggöra en bättre förståelse av den dirigerade dynamiken som ligger bakom den tidsmässiga utvecklingen av dessa två system.