“wetenschap is niet alleen compatibel met spiritualiteit; het is een diepe bron van spiritualiteit. Wanneer we onze plaats erkennen in een immensiteit van lichtjaren en in het verstrijken van eeuwen, wanneer we de complexiteit, schoonheid en subtiliteit van het leven begrijpen, dan is dat stijgende gevoel, dat gevoel van opgetogenheid en nederigheid gecombineerd, zeker spiritueel.”- Carl Sagan ” De Demonenwereld.”
toen ik over het universum leerde, heb ik spirituele momenten gevoeld, zoals Sagan ze beschrijft, omdat ik mijn verbinding met het bredere alles beter begrijp. Zoals toen ik voor het eerst hoorde dat ik letterlijk gemaakt was van de as van de sterren – de atomen in mijn lichaam verspreid in de eeuwige ether door supernova ‘ s. Een ander spiritueel moment was het zien van dit beeld voor de eerste keer:
een neuron in de hersenen naast clusters van sterrenstelsels en hun verbonden filamenten van materie en donkere materie. De gelijkenis is meteen duidelijk. De implicatie? Je hebt misschien een heel universum in je hoofd. Maar de gelijkenis tussen de beelden kan gewoon een geval zijn van apophenie-waarnemende gelijkenis waar er eigenlijk geen bestaat. Immers, hoe kunnen deze twee dingen vergelijkbaar zijn gezien het enorme verschil in schaal tussen hen? Maar wat als naast de visuele gelijkenis tussen de netwerken van neuronen in de hersenen en webben van sterrenstelsels in de kosmos, een objectieve meting zou kunnen vergelijken hoe vergelijkbaar ze werkelijk zijn? Dat is wat Franco Vazza (astrofysicus aan de Universiteit van Bologna) en Alberto Feletti (neurochirurg aan de Universiteit van Verona) wilden ontdekken door hun beide disciplines te combineren voor een publicatie in “Frontiers of Physics.”
een intergalactische Link
het menselijk brein is letterlijk een van de meest complexe structuren die bekend zijn in het universum – dat zelf de grootste van alle complexiteit is. Je hersenen hebben ongeveer 80 miljard neuronen – de cellen die input van de zintuigen verwerken en signalen naar je lichaam sturen via het zenuwstelsel. Neuronen zijn ook genetwerkt, communiceren met elkaar via verbindingen genaamd axionen en dendrieten. Er zijn ongeveer 100 biljoen verbindingen tussen neuronen die het neurale netwerk vormen dat creëert wie je bent.
– Patrick Hsieh CC BY-SA 4.0
het universum is ook verbonden. Hoewel we de ruimte kunnen zien als objecten gescheiden door uitgestrekte stukken … nou … ruimte, dat is niet helemaal het geval. Het universum dat we zien met onze wetenschappelijke apparatuur wordt aangeduid als het” waarneembare universum ” van ongeveer 90 miljard lichtjaar in diameter en bevat in de Orde van honderden miljarden tot een paar biljoen sterrenstelsels. Deze sterrenstelsels, net als onze Melkweg, verzamelingen van miljarden sterren, zijn zelf gegroepeerd in melkwegclusters. Onze Melkweg maakt deel uit van de” lokale groep ” die de naburige Andromeda en Triangulum sterrenstelsels en 50 andere sterrenstelsels bevat. Deze sterrenstelsels maken op hun beurt deel uit van een grotere groep genaamd de Virgo Supercluster. De ruimte tussen groepen en clusters is niet leeg, maar herbergt eerder verbindende filamenten van zowel gewone als donkere materie die zich miljoenen lichtjaren uitstrekken. Op deze manier kan het universum worden gezien als een reusachtig netwerk van melkwegclusters die allemaal met elkaar verbonden zijn op dezelfde manier als neurale netwerken in de hersenen. Dat netwerk heet het kosmische Web.
een universum binnen een universum
het onderzoek naar kwantificeerbare overeenkomsten tussen beide netwerken werd geboren in een partnerschap tussen neurowetenschappen en astrofysica. Met behulp van technieken en instrumenten uit beide disciplines, keken Vazz en Feletti naar deze twee netwerken om kwantificeerbare overeenkomsten te vinden buiten de waargenomen visuele gelijkenis. Waren deze netwerken vergelijkbaar en zo ja, wat betekent dat?
de onderzoekers gebruikten 4 micrometer dikke plakjes van de menselijke cortex – de buitenste laag van de hersenen die verantwoordelijk is voor de verwerking van taal, zintuiglijke informatie, gedachte, geheugen en bewustzijn. Deze werden vergeleken met 25 megaparsec (1 parsec = CA. 3.26 lichtjaren) dikke “plakjes” van het universum genomen uit een computer gesimuleerd volume van 1 miljoen kubieke megaparsecs van de ruimte. De sneden van hersenen en Universum zijn relatief vergelijkbaar in dikte dan gegeven dat beide zijn 27 ordes van grootte in grootte verschillend van elkaar.
– Vazza F en Feletti A (2020)
afhankelijk van de schaal werden de plakken onderzocht – de gelijkenis in structuur was niet altijd duidelijk. Maar bij 40x vergroting in het hersenweefsel, begonnen de onderzoekers overeenkomsten in structuur te zien. 40x vergroting vertegenwoordigt een schaal van 0,01-1,6 mm in de hersenen en 1-100 megaparsecs in het universum. Hier lijkt het neuronale netwerk op de melkwegclusters. Bovendien kan de gelijkenis van de netwerken objectief worden gemeten en vergeleken met behulp van twee technieken. De eerste is “netwerk graad centraliteit” die de lengte van de netwerkverbindingen en de mate van connectiviteit in een bepaald netwerk meet. De kern of het centrum van een neuron is veel kleiner in straal dan de lengte van de verbindende axionen en dendrieten. Op dezelfde manier zijn melkwegclusters veel kleiner in straal dan de lengte van de verbindende filamenten. De tweede methode om beide netwerken objectief te vergelijken is de “clustering coefficient” die de hoeveelheid structuur naast elk verbindingsknooppunt (neuron of melkwegcluster) kwantificeert en die structuur vergelijkt met een willekeurig punt binnen het netwerk. Deze vergelijking contrasteert organisatie Versus willekeur in beide netwerken.
door de technieken op deze schaal toe te passen, vonden Vazz en Feletti “opmerkelijke” overeenkomsten tussen zowel het brein als het universum. Ze vonden ook dat de netwerken meer op elkaar leken dan andere biologische en fysieke structuren, waaronder boomtakken, de dynamiek van wolkenvorming of waterturbulentie. Deze andere structuren zijn fractal van aard. Fractal patronen zijn zichzelf herhalend en zien er hetzelfde uit, ongeacht welke schaal je ze observeert. Het heelal ziet er daarentegen heel anders uit op kleinere dan grotere schalen. Sterrenstelsels en zonnestelsels lijken niet op het kosmische Web dat ze creëren. Zo ook de hersenen niet meer lijkt op het neurale netwerk wanneer waargenomen op verschillende schalen. Schaal zelf kan belangrijk zijn voor het creëren van deze structuren in termen van hoe ze zich organiseren.
de onderzoekers concluderen hun bevindingen ” wijzen op het feit dat soortgelijke netwerkconfiguraties kunnen ontstaan uit de interactie van geheel verschillende fysische processen, resulterend in vergelijkbare niveaus van complexiteit en zelforganisatie, ondanks de dramatische verschillen in ruimtelijke schalen van deze twee systemen.”Met andere woorden, netwerken zoals de hersenen en het universum kunnen dezelfde structuur delen terwijl ze volledig verschillend zijn in grootte en gevormd door verschillende processen (zwaartekracht vs biologie). Toch is het mogelijk dat iets heeft geleid tot zowel evolueren en groeien op een soortgelijke manier.
) zeer verschillend lijken.de onderzoekers merkten twee andere interessante overeenkomsten op tussen de hersenen en het kosmische Web. De eerste was verhoudingen van samenstelling. Het brein bestaat voor 77% Uit water, terwijl het kosmische Web voor ongeveer 73% Uit donkere energie bestaat. Water en donkere energie maken geen deel uit van het netwerk zelf, maar worden beschouwd als “passief materiaal” of passieve energie. De aanwezigheid en Verhouding van passief materiaal/energie kan van belang zijn voor de vorm van deze netwerken. Een tweede fascinerende gelijkenis is dat de hoeveelheid computergegevens die nodig is om de gesimuleerde universum-modellen in kaart te brengen, vergelijkbaar is met de theoretische geheugenopslag grenzen van het menselijk brein. Tussen 1-10 Petabyes (1 Petabyte = 1000 Terrabytes) aan gegevens is nodig om de evolutie van het waarneembare universum te simuleren op schalen waar het kosmische Web zichtbaar wordt. Schattingen van de totale opslagcapaciteit van de menselijke hersenen is ongeveer 2,5 Petabytes. Een mens kan dan theoretisch een groot deel van de structuur van het waarneembare universum opslaan…in zijn hersenen. Of, nog verbazingwekkender om te overwegen, het kosmische Web zou theoretisch de gegevens van een leven van menselijke ervaringen op te slaan.
verste sterrenstelsels die ooit zijn afgebeeld. – NASA/ESA
naast overeenkomsten zijn er ook verschillen tussen het kosmische Web en de hersenen. Terwijl de gebruikte monsters van de hersenen afkomstig waren van de cortex, is het hele brein niet uniform. Verschillende delen van de hersenen zijn gestructureerd voor verschillende doeleinden, terwijl een belangrijk kenmerk van het universum is zijn uniformiteit in bijna alle richtingen. Links tussen neuronen in de hersenen zijn voor de overdracht van zintuiglijke informatie, terwijl links in het universum alleen energie en materie overbrengen. Vazz en Feletti hopen dat hun onderzoek zal inspireren tot de ontwikkeling van krachtigere algoritmen om nog meer overeenkomsten tussen de hersenen en het universum te ontdekken. Misschien leren we over de omstandigheden die ervoor zorgen dat twee netwerken ontstaan uit compleet verschillende processen zo nauw op elkaar lijken.We hebben Carl Sagan horen beschrijven hoe onze lichamen letterlijk uit sterren bestaan. Nu beginnen we te begrijpen dat onze hersenen ook zo ‘ n patroon kunnen hebben. Een heel universum van verbindingen bevindt zich in je geest – een universum binnen een universum – en de een in staat om de ander te bereiken die het heeft veroorzaakt. Miljarden neuronen die miljarden sterren raken-zeker spiritueel.
meer te onderzoeken:
de werkelijke gesimuleerde beelden van het universum die in het onderzoek zijn gebruikt: https://cosmosimfrazza.myfreesites.net/cosmic-web-and-brain-network-datasets
lijkt het menselijk brein op het universum? EurekAlert! Science News
As Above As Below Art Exhibition
How Your Brain Is Like the Cosmic Web (nautil.us)
het verkennen van verbindingen tussen Kosmos & Mind door middel van zes interactieve Kunstinstallaties in “as Above As Below” (arxiv.org)
Vraag Ethan: leeft het universum zelf? (forbes.com)
hoe groot is het heelal? – Universe Today
hoe filamenten in het kosmische Web worden geweven (arxiv.org)
Simulatievideo voor donkere materie in Waterman-ESO
