“La scienza non è solo compatibile con la spiritualità; è una fonte profonda di spiritualità. Quando riconosciamo il nostro posto in un’immensità di anni luce e nel passare dei secoli, quando cogliamo la complessità, la bellezza e la sottigliezza della vita, allora quel sentimento impennato, quel senso di euforia e umiltà combinati, è sicuramente spirituale.”- Carl Sagan ” Il mondo infestato dai demoni.”
Imparando a conoscere l’Universo, ho sentito momenti spirituali, come li descrive Sagan, mentre comprendo meglio la mia connessione con il tutto più ampio. Come quando ho appreso per la prima volta che ero letteralmente fatto delle ceneri delle stelle – gli atomi nel mio corpo si sono diffusi nell’etere eterno dalle supernove. Un altro momento spirituale è stato vedere questa immagine per la prima volta:
Un neurone nel cervello giustapposto con ammassi di galassie e loro filamenti collegati di materia e materia oscura. La somiglianza è immediatamente chiara. L’implicazione? Potresti avere un intero universo nella tua testa. Ma la somiglianza tra le immagini potrebbe essere semplicemente un caso di apofenia-percepire somiglianza dove nessuno esiste in realtà. Dopotutto, come possono queste due cose essere simili data la grande differenza di scala tra loro? Ma cosa succede se al di là della somiglianza visiva tra le reti di neuroni nel cervello e le reti di galassie nel Cosmo, una misurazione oggettiva potrebbe confrontare quanto siano simili? È quello che Franco Vazza (astrofisico dell’Università di Bologna) e Alberto Feletti (neurochirurgo dell’Università di Verona) hanno voluto scoprire unendo le due discipline per una pubblicazione su “Frontiers of Physics.”
Un collegamento intergalattico
Il cervello umano è letteralmente una delle strutture più complesse conosciute nell’Universo – che è essa stessa la più grande di tutte le complessità. Il tuo cervello ha circa 80 miliardi di neuroni-le cellule che elaborano input dai sensi e inviano segnali al tuo corpo attraverso il sistema nervoso. I neuroni sono anche collegati in rete, comunicando tra loro attraverso connessioni chiamate assioni e dendriti. Ci sono nell’ordine di 100 trilioni di connessioni tra i neuroni che formano la rete neurale che crea chi sei.
– Patrick Hsieh CC BY-SA 4.0
Anche l’Universo è collegato in rete. Mentre possiamo pensare allo spazio come oggetti separati da vasti tratti di space beh space spazio, non è del tutto il caso. L’Universo che vediamo con la nostra attrezzatura scientifica è indicato come “Universo osservabile” di circa 90 MILIARDI di anni luce di diametro e contenente nell’ordine di centinaia di miliardi a pochi trilioni di galassie. Queste galassie, come la nostra Via Lattea, raccolte di miliardi di stelle, sono esse stesse raggruppate in ammassi di galassie. La nostra Via Lattea fa parte del” Gruppo Locale ” che contiene le vicine galassie di Andromeda e Triangulum e altre 50 galassie. Queste galassie sono a loro volta parte di un gruppo più ampio chiamato Virgo Supercluster. Lo spazio tra gruppi e ammassi non è vuoto, ma ospita filamenti di collegamento di materia ordinaria e oscura che si estendono per milioni di anni luce. In questo modo, l’Universo può essere pensato come una gigantesca rete di ammassi di galassie tutti interconnessi in modo simile alle reti neurali nel cervello. Quella rete si chiama Cosmic Web.
Un Universo all’Interno di un Universo
ricerca per trovare quantificabili somiglianze tra le due reti è nata una partnership tra neuroscienze e astrofisica. Utilizzando tecniche e strumenti di entrambe le discipline, Vazz e Feletti hanno esaminato queste due reti per trovare somiglianze quantificabili oltre la somiglianza visiva percepita. Queste reti erano comparabili e, in caso affermativo, cosa significa?
I ricercatori hanno utilizzato fette spesse 4 micrometri della corteccia umana – lo strato esterno del cervello che è responsabile dell’elaborazione del linguaggio, delle informazioni sensoriali, del pensiero, della memoria e della coscienza. Questi sono stati confrontati con 25 megaparsec (1 parsec = ca. 3.26 anni luce) spesse “fette” di Universo prese da un volume simulato al computer di 1 milione di megaparsec cubici di spazio. Le fette di cervello e Universo sono relativamente comparabili in spessore quindi dato che entrambi sono 27 ordini di grandezza di dimensioni diverse l’una dall’altra.
A seconda della scala sono state esaminate le fette – la somiglianza nella struttura non era sempre evidente. Ma a ingrandimento 40x nel tessuto cerebrale, i ricercatori hanno iniziato a vedere somiglianze nella struttura. l’ingrandimento 40x rappresenta una scala di 0,01-1,6 mm nel cervello e 1-100 megaparsec nell’Universo. Qui, la rete neuronale appare come gli ammassi di galassie. Inoltre, la somiglianza delle reti può essere oggettivamente misurata e confrontata utilizzando due tecniche. Il primo è “centralità del grado di rete” che misura le lunghezze delle connessioni di rete e il grado di connettività in una data rete. Il nucleo o centro di un neurone è molto più piccolo in raggio rispetto alla lunghezza di collegamento assioni e dendriti. Allo stesso modo, gli ammassi di galassie hanno un raggio molto più piccolo della lunghezza dei filamenti di collegamento. Il secondo metodo per confrontare oggettivamente entrambe le reti è il “coefficiente di clustering” che quantifica la quantità di struttura adiacente a ciascun nodo di connessione (neurone o cluster di galassie) e confronta tale struttura con un punto casuale all’interno della rete. Questo confronto contrasta organizzazione vs casualità in entrambe le reti.
Applicando le tecniche a queste scale, Vazz e Feletti hanno trovato “notevoli” somiglianze tra il cervello e l’Universo. Hanno anche scoperto che le reti erano più simili tra loro rispetto ad altre strutture biologiche e fisiche, inclusi i rami degli alberi, la dinamica della formazione delle nuvole o la turbolenza dell’acqua. Queste altre strutture sono frattali in natura. I modelli frattali si auto-ripetono e hanno lo stesso aspetto indipendentemente dalla scala in cui li osservi. Al contrario, l’Universo sembra completamente diverso a scale più piccole di quelle più grandi. Le galassie e i sistemi solari non assomigliano alla Rete cosmica che creano. Così anche il cervello non assomiglia più alla rete neurale quando osservato a scale diverse. Scala stessa potrebbe essere importante per la creazione di queste strutture in termini di come si organizzano.
I ricercatori concludono i loro risultati “suggeriscono il fatto che configurazioni di rete simili possono emergere dall’interazione di processi fisici completamente diversi, con conseguente simili livelli di complessità e auto-organizzazione, nonostante la drammatica disparità nelle scale spaziali di questi due sistemi.”In altre parole, reti come il cervello e l’Universo possono condividere una struttura simile pur essendo completamente diverse per dimensioni e formate da processi diversi (gravità vs biologia). Eppure è possibile che qualcosa abbia causato sia l’evoluzione che la crescita in un modo simile.
I ricercatori hanno notato altre due interessanti somiglianze tra il cervello e la Rete Cosmica. Il primo era rapporti di composizione. Il cervello è il 77% di acqua mentre allo stesso modo la Rete cosmica è circa il 73% di energia oscura. L’acqua e l’energia oscura non fanno parte della rete stessa, ma sono considerate” materiale passivo ” o energia passiva. La presenza e il rapporto di materiale passivo / energia potrebbero essere rilevanti per il modo in cui queste reti si formano. Una seconda affascinante somiglianza è che la quantità di dati informatici necessari per mappare i modelli dell’Universo simulato è paragonabile ai limiti teorici di memoria del cervello umano. Tra 1-10 Petabyes (1 Petabyte = 1000 Terrabytes) di dati è necessario per simulare l’evoluzione dell’Universo osservabile a scale in cui il Web Cosmico diventa evidente. Le stime sulla capacità totale di archiviazione del cervello umano sono di circa 2,5 petabyte. Un essere umano potrebbe quindi teoricamente immagazzinare una buona parte della struttura dell’Universo osservabile inside all’interno del loro cervello. O, ancora più sorprendente da considerare, la Rete cosmica potrebbe teoricamente memorizzare i dati di una vita di esperienze umane.
galassie più lontane mai fotografate. – NASA / ESA
Oltre alle somiglianze, ci sono differenze tra la Rete Cosmica e il cervello. Mentre i campioni di cervello utilizzati provenivano dalla corteccia, l’intero cervello non è uniforme. Diverse parti del cervello sono strutturate per scopi diversi, mentre una caratteristica fondamentale dell’Universo è la sua uniformità in quasi tutte le direzioni. I collegamenti tra i neuroni nel cervello servono per la trasmissione di informazioni sensoriali mentre i collegamenti nell’Universo trasmettono energia e materia da soli. Vazz e Feletti sperano che la loro ricerca ispirerà lo sviluppo di algoritmi più potenti per scoprire ancora più somiglianze tra il cervello e l’Universo. Forse impareremo a conoscere le condizioni che fanno sì che due reti nate da processi completamente diversi si assomiglino così da vicino.
Abbiamo sentito Carl Sagan descrivere come i nostri corpi sono letteralmente fatti di stelle. Ora stiamo cominciando a capire che il nostro cervello può essere modellato come loro pure. Un intero universo di connessioni è nella tua mente – un universo all’interno di un universo – e uno in grado di raggiungere l’altro che ha dato origine ad esso. Miliardi di neuroni che toccano miliardi di stelle-sicuramente spirituali.
Altro da esplorare:
Le immagini reali dell’universo simulato utilizzate nella ricerca: https://cosmosimfrazza.myfreesites.net/cosmic-web-and-brain-network-datasets
Il cervello umano assomiglia all’Universo? EurekAlert! Notizie scientifiche
Come sopra come sotto Mostra d’arte
Come il tuo cervello è come il Web cosmico (nautil.us)
Esplorare le connessioni tra Cosmo & Mente attraverso sei installazioni artistiche interattive in “As Above As Below” (arxiv.org)
Chiedi a Ethan: L’Universo stesso è vivo? (forbes.com)
Quanto è grande l’Universo? – Universo Oggi
Come i filamenti sono intessuti nella rete cosmica (arxiv.org)
Aquarius Dark Matter Simulation Video-ESO
