„știința nu este compatibilă doar cu spiritualitatea; este o sursă profundă de spiritualitate. Când ne recunoaștem locul într-o imensitate de ani lumină și în trecerea veacurilor, când înțelegem complexitatea, frumusețea și subtilitatea vieții, atunci acel sentiment în creștere, acel sentiment de euforie și smerenie combinate, este cu siguranță spiritual.”- Carl Sagan ” Lumea Bântuită De Demoni.”
învățând despre Univers, am simțit momente spirituale, așa cum le descrie Sagan, pe măsură ce înțeleg mai bine conexiunea mea cu totul mai larg. Ca atunci când am aflat pentru prima dată că sunt literalmente făcut din cenușa stelelor – atomii din corpul meu s-au răspândit în eterul etern prin supernove. Un alt moment spiritual a fost văzând această imagine pentru prima dată:
un neuron din creier juxtapus cu grupuri de galaxii și filamentele lor conectate de materie și materie întunecată. Asemănarea este imediat clară. Implicația? Este posibil să aveți un întreg univers în cap. Dar asemănarea dintre imagini ar putea fi pur și simplu un caz de asemănare care percepe apofenia acolo unde nu există de fapt. La urma urmei, cum pot fi aceste două lucruri similare, având în vedere marea diferență de scară dintre ele? Dar dacă dincolo de asemănarea vizuală dintre rețelele neuronilor din creier și pânzele galaxiilor din Cosmos, o măsurătoare obiectivă ar putea compara cât de asemănătoare sunt cu adevărat? Asta Franco Vazza (astrofizician la Universitatea din Bologna) și Alberto Feletti (neurochirurg la Universitatea din Verona) și-au propus să descopere combinarea ambelor discipline pentru o publicație în „Frontiers of Physics.”
o legătură intergalactică
creierul uman este literalmente una dintre cele mai complexe structuri cunoscute în Univers – care este ea însăși cea mai mare dintre toate complexitățile. Creierul tău are aproximativ 80 de miliarde de neuroni-celulele care procesează intrările din simțuri și trimit semnale către corpul tău prin sistemul nervos. Neuronii sunt, de asemenea, în rețea, comunicând între ei prin conexiuni numite Axioane și dendrite. Există de ordinul a 100 de trilioane de conexiuni între neuroni care formează rețeaua neuronală care creează cine sunteți.
Universul este, de asemenea, în rețea. În timp ce ne putem gândi la spațiu ca la obiecte separate de întinderi vaste de…ei bine…spațiu, nu este în întregime cazul. Universul pe care îl vedem cu echipamentul nostru științific este denumit „universul observabil” cu diametrul de aproximativ 90 de miliarde de ani lumină și conține de ordinul a sute de miliarde până la câteva trilioane de galaxii. Aceste galaxii, ca și Calea Lactee, colecții de miliarde de stele, sunt ele însele grupate în grupuri de galaxii. Calea Lactee face parte din” grupul Local ” care conține galaxiile vecine Andromeda și Triangulum, precum și alte 50 de galaxii. La rândul lor, aceste galaxii fac parte dintr-un grup mai mare numit SuperCluster Virgo. Spațiul dintre grupuri și grupuri nu este gol, ci mai degrabă găzduiește filamente de legătură atât de materie obișnuită, cât și de materie întunecată, care se întind pe milioane de ani lumină. În acest fel, universul poate fi gândit ca o rețea uriașă de grupuri de galaxii, toate interconectate în mod similar cu rețelele neuronale din creier. Această rețea se numește rețeaua cosmică.
un univers într-un univers
cercetarea pentru a găsi asemănări cuantificabile între ambele rețele s-a născut într-un parteneriat între neuroștiință și astrofizică. Folosind tehnici și instrumente din ambele discipline, Vazz și Feletti au analizat aceste două rețele pentru a găsi asemănări cuantificabile dincolo de similitudinea vizuală percepută. Au fost aceste rețele comparabile și, dacă da, ce înseamnă asta?
cercetătorii au folosit felii groase de 4 micrometri din cortexul uman – stratul exterior al creierului care este responsabil pentru procesarea limbajului, informațiilor senzoriale, gândirii, memoriei și conștiinței. Acestea au fost comparate cu 25 megaparsec (1 parsec = aprox. 3.26 de ani lumină) „felii” groase de Univers luate dintr-un volum simulat pe computer de 1 milion de megaparseci cubi de spațiu. Feliile de creier și Univers sunt relativ comparabile ca grosime, având în vedere că ambele au 27 de ordine de mărime diferite una de cealaltă.
în funcție de scară, feliile au fost examinate – similitudinea în structură nu a fost întotdeauna evidentă. Dar la o mărire de 40x în țesutul cerebral, cercetătorii au început să vadă asemănări în structură. Mărirea de 40x reprezintă o scară de 0,01-1,6 mm în creier și 1-100 megaparseci în univers. Aici, rețeaua neuronală apare ca grupurile de galaxii. În plus, similitudinea rețelelor poate fi măsurată și comparată în mod obiectiv folosind două tehnici. Primul este „centralitatea gradului de rețea”, care măsoară lungimile conexiunilor de rețea și gradul de conectivitate într-o rețea dată. Nucleul sau centrul unui neuron are o rază mult mai mică decât lungimea axionilor de legătură și a dendritelor. În mod similar, grupurile de galaxii au o rază mult mai mică decât lungimea filamentelor de conectare. A doua metodă de comparare obiectivă a ambelor rețele este „coeficientul de clustering” care cuantifică cantitatea de structură adiacentă fiecărui nod de conexiune (neuron sau cluster de galaxii) și compară acea structură cu un punct aleatoriu din rețea. Această comparație contrastează organizarea vs aleatorie în ambele rețele.
aplicând tehnicile la aceste scări, Vazz și Feletti au găsit asemănări „remarcabile” între creier și Univers. Ei au descoperit, de asemenea, că rețelele erau mai asemănătoare decât alte structuri biologice și fizice, inclusiv ramurile copacilor, dinamica formării norilor sau turbulența apei. Aceste alte structuri sunt de natură fractală. Modelele fractale se repetă de la sine și arată la fel, indiferent de scara pe care o observați. În schimb, Universul arată complet diferit la scări mai mici decât cele mai mari. Galaxiile și sistemele solare nu seamănă cu rețeaua cosmică pe care o creează. La fel și creierul nu mai seamănă cu rețeaua neuronală atunci când este observat la scări diferite. Scara în sine ar putea fi importantă pentru crearea acestor structuri în ceea ce privește modul în care se organizează.
cercetătorii concluzionează concluziile lor „sugerează faptul că configurații de rețea similare pot apărea din interacțiunea proceselor fizice complet diferite, rezultând niveluri similare de complexitate și autoorganizare, în ciuda disparității dramatice a scalelor spațiale ale acestor două sisteme.”Cu alte cuvinte, rețele precum creierul și universul pot avea o structură similară, fiind în același timp complet diferite ca mărime și formate prin procese diferite (gravitație vs biologie). Cu toate acestea, este posibil ca ceva să fi determinat atât să evolueze, cât și să crească într-un mod similar.
cercetătorii au remarcat alte două asemănări interesante între creier și rețeaua cosmică. Primul a fost raportul de compoziție. Creierul este 77% apă, în timp ce în mod similar rețeaua cosmică este aproximativ 73% energie întunecată. Apa și energia întunecată nu fac parte din rețeaua în sine, ci sunt considerate „materiale pasive” sau energie pasivă. Prezența și raportul materialului/energiei pasive ar putea fi relevante pentru modul în care se formează aceste rețele. O a doua asemănare fascinantă este că cantitatea de date computerizate necesare pentru a cartografia modelele universului simulat este comparabilă cu limitele teoretice de stocare a memoriei creierului uman. Între 1-10 Petabyes (1 Petabyte = 1000 Terrabytes) de date sunt necesare pentru a simula evoluția universului observabil la scări în care pânza cosmică devine evidentă. Estimările privind capacitatea totală de stocare a creierului uman este de aproximativ 2,5 Petabytes. Un om ar putea stoca teoretic o bună parte din structura universului observabil…în interiorul creierului lor. Sau, chiar mai uimitor de luat în considerare, rețeaua cosmică ar putea stoca teoretic datele unei vieți de experiențe umane.
imaginate vreodată. – NASA / ESA
pe lângă asemănări, există diferențe între rețeaua cosmică și creier. În timp ce probele de creier utilizate au fost din cortex, întregul creier nu este uniform. Diferite părți ale creierului sunt structurate în scopuri diferite, în timp ce o caracteristică cheie a Universului este uniformitatea sa în aproape toate direcțiile. Legăturile dintre neuronii din creier sunt pentru transmiterea informațiilor senzoriale, în timp ce legăturile din Univers transmit energie și materie singure. Vazz și Feletti speră că cercetarea lor va inspira dezvoltarea unor algoritmi mai puternici pentru a descoperi și mai multe asemănări între creier și Univers. Poate vom afla despre condițiile care fac ca două rețele născute din procese complet diferite să semene atât de strâns.
l-am auzit pe Carl Sagan descriind cum corpurile noastre sunt literalmente făcute din stele. Acum începem să înțelegem că și creierele noastre pot fi modelate ca ele. Un întreg univers de conexiuni este în mintea ta – un univers în interiorul unui univers – și unul capabil să ajungă la celălalt care l-a dat naștere. Miliarde de neuroni ating miliarde de stele – cu siguranță spiritual.
mai multe de explorat:
imaginile reale simulate ale universului utilizate în cercetare: https://cosmosimfrazza.myfreesites.net/cosmic-web-and-brain-network-datasets
creierul uman seamănă cu Universul? / EurekAlert! Știri științifice
ca mai sus ca mai jos expoziție de artă
cum creierul tău este ca pânza cosmică (nautil.us)
explorarea conexiunilor dintre Cosmos & minte prin șase instalații Interactive de artă în „As Above As Below” (arxiv.org)
Întreabă-l pe Ethan: este universul însuși viu? (forbes.com)
cât de mare este universul? – Universul de astăzi
cum filamentele sunt țesute în pânza cosmică (arxiv.org)
Vărsător Video de simulare a materiei întunecate-ESO
