» La science n’est pas seulement compatible avec la spiritualité; elle est une source profonde de spiritualité. Lorsque nous reconnaissons notre place dans une immensité d’années-lumière et dans le passage des âges, lorsque nous saisissons la complexité, la beauté et la subtilité de la vie, alors ce sentiment de montée en flèche, ce sentiment d’exaltation et d’humilité combinés, est sûrement spirituel. »- Carl Sagan » Le Monde Hanté par les Démons. »
En apprenant l’Univers, j’ai ressenti des moments spirituels, comme les décrit Sagan, comme je comprends mieux mon lien avec tout au sens large. Comme lorsque j’ai appris pour la première fois que j’étais littéralement fait des cendres des étoiles – les atomes de mon corps se propageaient dans l’éther éternel par les supernovae. Un autre moment spirituel a été de voir cette image pour la première fois:
Un neurone du cerveau juxtaposé à des amas de galaxies et à leurs filaments connectés de matière et de matière noire. La ressemblance est immédiatement claire. L’implication? Vous avez peut-être tout un univers dans votre tête. Mais la similitude entre les images pourrait simplement être un cas d’apophénie – percevoir la ressemblance là où aucune n’existe réellement. Après tout, comment ces deux choses peuvent-elles être similaires compte tenu de la grande différence d’échelle entre elles? Mais si, au-delà de la similitude visuelle entre les réseaux de neurones du cerveau et les réseaux de galaxies du Cosmos, une mesure objective pouvait comparer à quel point ils sont vraiment similaires? C’est ce que Franco Vazza (astrophysicien à l’Université de Bologne) et Alberto Feletti (neurochirurgien à l’Université de Vérone) ont entrepris de découvrir en combinant leurs deux disciplines pour une publication dans « Frontiers of Physics. »
Un lien intergalactique
Le cerveau humain est littéralement l’une des structures les plus complexes connues dans l’Univers – qui est elle-même la plus grande de toutes les complexités. Votre cerveau compte environ 80 milliards de neurones – les cellules qui traitent l’entrée des sens et envoient des signaux à votre corps par le système nerveux. Les neurones sont également en réseau, communiquant entre eux par le biais de connexions appelées axions et dendrites. Il y a de l’ordre de 100 billions de connexions entre les neurones formant le réseau de neurones qui crée qui vous êtes.
– Patrick Hsieh CC BY-SA 4.0
L’Univers est également en réseau. Bien que nous puissions considérer l’espace comme des objets séparés par de vastes étendues d’espace, ce n’est pas tout à fait le cas. L’Univers que nous voyons avec notre équipement scientifique est appelé « Univers Observable » d’environ 90 MILLIARDS d’années-lumière de diamètre et contenant de l’ordre de centaines de milliards à quelques milliards de galaxies. Ces galaxies, comme notre Voie lactée, collections de milliards d’étoiles, sont elles-mêmes regroupées en amas de galaxies. Notre Voie lactée fait partie du « Groupe local » qui contient les galaxies voisines d’Andromède et du Triangulum ainsi que 50 autres galaxies. Ces galaxies font à leur tour partie d’un groupe plus vaste appelé Supergrappe de la Vierge. L’espace entre les groupes et les amas n’est pas vide, mais abrite plutôt des filaments de matière ordinaire et noire qui s’étendent sur des millions d’années-lumière. De cette façon, l’Univers peut être considéré comme un réseau géant d’amas de galaxies tous interconnectés de la même manière que les réseaux de neurones du cerveau. Ce réseau s’appelle le Web cosmique.
Un Univers Dans un Univers
La recherche pour trouver des similitudes quantifiables entre les deux réseaux est née d’un partenariat entre les neurosciences et l’astrophysique. En utilisant des techniques et des outils des deux disciplines, Vazz et Feletti ont examiné ces deux réseaux pour trouver des similitudes quantifiables au-delà de la similitude visuelle perçue. Ces réseaux étaient-ils comparables et, si oui, qu’est-ce que cela signifie?
Les chercheurs ont utilisé des tranches de 4 micromètres d’épaisseur du cortex humain – la couche externe du cerveau qui est responsable du traitement du langage, des informations sensorielles, de la pensée, de la mémoire et de la conscience. Ceux-ci ont été comparés à 25 mégaparsec (1 parsec = env. 3.26 années-lumière) d’épaisses « tranches » d’Univers prises à partir d’un volume simulé par ordinateur de 1 million de mégaparsecs cubes d’espace. Les tranches de cerveau et d’Univers ont alors une épaisseur relativement comparable étant donné que les deux ont une taille de 27 ordres de grandeur différente l’une de l’autre.
Selon l’échelle, les tranches ont été examinées – la similitude de structure n’était pas toujours apparente. Mais à un grossissement de 40x dans le tissu cérébral, les chercheurs ont commencé à voir des similitudes de structure. un grossissement de 40x représente une échelle de 0,01 à 1,6 mm dans le cerveau et de 1 à 100 mégaparsecs dans l’Univers. Ici, le réseau neuronal apparaît comme les amas de galaxies. De plus, la similitude des réseaux peut être mesurée et comparée objectivement à l’aide de deux techniques. La première est la « centralité du degré de réseau » qui mesure la longueur des connexions réseau et le degré de connectivité dans un réseau donné. Le noyau ou le centre d’un neurone a un rayon beaucoup plus petit que la longueur des axions de connexion et des dendrites. De même, les amas de galaxies ont un rayon beaucoup plus petit que la longueur des filaments de connexion. La deuxième méthode pour comparer objectivement les deux réseaux est le « coefficient de regroupement » qui quantifie la quantité de structure adjacente à chaque nœud de connexion (cluster de neurones ou de galaxies) et compare cette structure à un point aléatoire du réseau. Cette comparaison oppose l’organisation et le caractère aléatoire dans les deux réseaux.
En appliquant les techniques à ces échelles, Vazz et Feletti ont trouvé des similitudes « remarquables » entre le cerveau et l’Univers. Ils ont également constaté que les réseaux se ressemblaient davantage que d’autres structures biologiques et physiques, notamment des branches d’arbres, la dynamique de la formation des nuages ou la turbulence de l’eau. Ces autres structures sont de nature fractale. Les motifs fractaux se répètent et se ressemblent quelle que soit l’échelle à laquelle vous les observez. En revanche, l’Univers est complètement différent à des échelles plus petites que plus grandes. Les galaxies et les systèmes solaires ne ressemblent pas à la Toile cosmique qu’ils créent. De même, le cerveau ne ressemble plus au réseau neuronal lorsqu’il est observé à différentes échelles. L’échelle elle-même pourrait être importante pour la création de ces structures en termes de comment elles s’organisent.
Les chercheurs concluent que leurs résultats « laissent entrevoir le fait que des configurations de réseau similaires peuvent émerger de l’interaction de processus physiques entièrement différents, entraînant des niveaux de complexité et d’auto-organisation similaires, malgré la disparité dramatique des échelles spatiales de ces deux systèmes. »En d’autres termes, des réseaux comme le cerveau et l’Univers peuvent partager une structure similaire tout en étant de taille complètement différente et formés par des processus différents (gravité vs biologie). Pourtant, il est possible que quelque chose ait provoqué à la fois une évolution et une croissance similaires.
Les chercheurs ont noté deux autres similitudes intéressantes entre le cerveau et la Toile cosmique. Le premier était les rapports de composition. Le cerveau est composé à 77% d’eau tandis que la Toile cosmique contient environ 73% d’énergie sombre. L’eau et l’énergie noire ne font pas partie du réseau lui-même mais sont considérées comme des « matériaux passifs » ou de l’énergie passive. La présence et le rapport de matière passive / énergie pourraient être pertinents pour la formation de ces réseaux. Une deuxième similitude fascinante est que la quantité de données informatiques nécessaires pour cartographier les modèles d’univers simulés est comparable aux limites théoriques de stockage de la mémoire du cerveau humain. Entre 1 et 10 Pétabyes (1 Pétabyte = 1000 Terrabytes) de données sont nécessaires pour simuler l’évolution de l’Univers observable à des échelles où la Toile cosmique devient apparente. Les estimations sur la capacité totale de stockage du cerveau humain sont d’environ 2,5 pétaoctets. Un humain pourrait alors théoriquement stocker une bonne partie de la structure de l’Univers observableinside à l’intérieur de son cerveau. Ou, encore plus étonnant à considérer, la Toile cosmique pourrait théoriquement stocker les données d’une vie d’expériences humaines.
galaxies les plus lointaines jamais imagées. – NASA / ESA
Outre les similitudes, il existe des différences entre la Toile cosmique et le cerveau. Alors que les échantillons de cerveau utilisés provenaient du cortex, le cerveau entier n’est pas uniforme. Différentes parties du cerveau sont structurées à des fins différentes, tandis qu’une caractéristique clé de l’Univers est son uniformité dans presque toutes les directions. Les liens entre les neurones du cerveau servent à la transmission d’informations sensorielles tandis que les liens dans l’Univers transmettent seuls l’énergie et la matière. Vazz et Feletti espèrent que leurs recherches inspireront le développement d’algorithmes plus puissants pour découvrir encore plus de similitudes entre le cerveau et l’Univers. Peut-être allons-nous en apprendre davantage sur les conditions qui font que deux réseaux nés de processus complètement différents se ressemblent si étroitement.
Nous avons entendu Carl Sagan décrire comment nos corps sont littéralement faits d’étoiles. Maintenant, nous commençons à comprendre que nos cerveaux peuvent également être modelés comme eux. Tout un univers de connexions est dans votre esprit – un univers dans un univers – et l’un capable de tendre la main à l’autre qui l’a donné naissance. Des milliards de neurones touchant des milliards d’étoiles – sûrement spirituels.
Plus à explorer:
Les images réelles de l’univers simulé utilisées dans la recherche: https://cosmosimfrazza.myfreesites.net/cosmic-web-and-brain-network-datasets
Le cerveau humain ressemble-t-il à l’Univers ? / EurekAlert! Nouvelles Scientifiques
Comme Ci-Dessus Comme Ci-dessous Exposition D’Art
Comment Votre Cerveau Ressemble À la Toile Cosmique (nautil.us )
Explorer Les Connexions Entre Le Cosmos & L’Esprit À Travers Six Installations Artistiques Interactives dans « As Above As Below » (arxiv.org )
Demandez À Ethan : L’Univers Lui-Même Est-Il Vivant? (forbes.com )
Quelle est la taille de l’Univers ? – Univers Aujourd’hui
Comment les Filaments sont tissés dans la Toile Cosmique (arxiv.org )
Vidéo de Simulation de la Matière Noire Verseau – ESO
