Астрофизик из Университета Болоньи Франко Вацца и нейрохирург из Университета Вероны Альберто Фелетти (Италия) решили провести междисциплинарное исследование на пересечении космологии и нейрохирургии, сравнивая две одновременно сложнейшие и малоизученные системы: человеческий мозг и вселенную
В статье, опубликованной в издании «Frontiers of Physics», ученые из, казалось бы, несвязанных областей решили найти похожие элементы между сетями космических галактик и нейронных клеток в мозге человека. Конечно, у сетей есть существенное различие в масштабе (более 27 порядков), однако, как показывает исследование, они могут формировать структуры с похожими уровнями сложности.
Нейронная сеть человеческого мозга содержит почти 69 миллиардов нейронов. А в наблюдаемой Вселенной находится 100 миллиардов галактик. Что же общего в этих системах? Во-первых, только 30% массы в них составляют, соответственно, галактики и нейроны. Они же формируют длинные волокна и узлы между ними. Во-вторых, 70% массы или энергии этих систем приходится на компоненты, роль которых пассивна: это, соответственно, вода в мозге и темная энергия во Вселенной.
Учитывая эти общие черты, ученые сравнили модели сети галактик с участками коры головного мозга и мозжечка. Для этого была рассчитана спектральная плотность обеих систем – такой метод используется в космологии, чтобы узнать, как распределяются галактики в пространстве. Колебания в нейронной сети мозжечка распределялись в масштабе от 1 микрометра до 0,1 миллиметра. Это соответствовало распределению материи в космосе, хоть и выраженной в другом масштабе, начиная с 5 до 500 миллионов световых лет.
Читать еще: Школа в новых реалиях: основы инфекционной безопасности для детей
Ученые рассчитали и другие параметры, которые наблюдали и у нейронной сети, и в космосе: среднее количество соединений в каждом узле и причины объединения по определенным параметрам в центральных узлах. Эти особенности обоих сетей также оказались неожиданно похожи. Скорее всего, сети развивались по схожим физическим принципам. Хотя разница между физическими силами, которые регулируют взаимодействие внутри галактик и нейронных сетей, очевидна и очень отличается масштабом. Что интересно, сети космических галактик и нейронных клеток демонстрируют больше схожести, чем системы «космическая сеть и галактика» или «нейронная сеть и внутренняя часть тела нейрона».
Это необычное в первое в своем роде исследование, использующее новые методы анализа в обеих областях (космологии и нейрохирургии), дает возможность понять, как происходила эволюция двух систем и сколько между ними общего.
Фото: Слева: срез мозжечка с 40-кратным увеличением, полученный с помощью электронной микроскопии (д-р Э. Зунарелли, Университетская больница Модены); справа: часть космологического моделирования с расширением на 300 миллионов световых лет с каждой стороны (Вазза и др., 2019 A&A)