”vetenskapen är inte bara kompatibel med andlighet; det är en djup källa till andlighet. När vi känner igen vår plats i en oändlighet av ljusår och i tidens åldrar, när vi förstår livets inveckling, skönhet och subtilitet, då är Den skyhöga känslan, den känslan av elation och ödmjukhet kombinerad, säkert andlig.”- Carl Sagan ” Den Demon-Hemsökta Världen.”
när jag lärde mig om universum har jag känt andliga stunder, som Sagan beskriver dem, eftersom jag bättre förstår min koppling till det bredare allting. Som när jag först fick veta att jag bokstavligen var gjord av askan av stjärnorna – atomerna i min kropp spred sig i den eviga etern av supernovaer. Ett annat andligt ögonblick var att se den här bilden för första gången:
en neuron i hjärnan bredvid kluster av galaxer och deras anslutna filament av materia och mörk materia. Likheten är omedelbart tydlig. Implikationen? Du kan ha ett helt universum i ditt huvud. Men likheten mellan bilderna kan helt enkelt vara ett fall av apofeni – uppfattande likhet där ingen faktiskt existerar. När allt kommer omkring, hur kan dessa två saker vara lika med tanke på den stora skillnaden i skala mellan dem? Men vad händer om bortom den visuella likheten mellan nätverk av neuroner i hjärnan och banor av galaxer i kosmos, kan en objektiv mätning jämföra hur lika de verkligen är? Det var vad Franco Vazza (astrofysiker vid universitetet i Bologna) och Alberto Feletti (neurokirurg vid universitetet i Verona) bestämde sig för att upptäcka att kombinera båda sina discipliner för en publikation i ”Frontiers of Physics.”
en intergalaktisk länk
den mänskliga hjärnan är bokstavligen en av de mest komplexa strukturerna som är kända i universum – som i sig är den största av all komplexitet. Din hjärna har cirka 80 miljarder neuroner – cellerna som bearbetar inmatning från sinnena och skickar signaler till din kropp genom nervsystemet. Neuroner är också nätverkade och kommunicerar med varandra genom anslutningar som kallas axioner och dendriter. Det finns i storleksordningen 100 biljoner kopplingar mellan neuroner som bildar det neurala nätverket som skapar vem du är.
universum är också nätverkat. Medan vi kanske tänker på rymden som föremål åtskilda av stora områden av…ja…utrymme, så är det inte helt fallet. Universum vi ser med vår vetenskapliga utrustning kallas det” observerbara universum ” ungefär 90 miljarder ljusår i diameter och innehåller i storleksordningen hundratals miljarder till några biljoner galaxer. Dessa galaxer, som vår Vintergatan, samlingar av miljarder stjärnor, är själva grupperade i galaxkluster. Vår Vintergatan är en del av den” lokala gruppen ” som innehåller angränsande Andromeda och Triangulum galaxer samt 50 andra galaxer. Dessa galaxer är i sin tur en del av en större grupp som kallas Virgo Supercluster. Utrymmet mellan grupper och kluster är inte tomt utan är värd för att ansluta filament av både vanlig och mörk materia som sträcker sig i miljontals ljusår. På detta sätt kan universum betraktas som ett gigantiskt nätverk av galaxkluster som alla är sammankopplade på samma sätt som neurala nätverk i hjärnan. Det nätverket kallas den kosmiska webben.
ett universum inom ett universum
forskningen för att hitta kvantifierbara likheter mellan båda nätverken föddes i ett partnerskap mellan neurovetenskap och astrofysik. Med hjälp av tekniker och verktyg från båda disciplinerna tittade Vazz och Feletti på dessa två nätverk för att hitta kvantifierbara likheter utöver den upplevda visuella likheten. Var dessa nätverk jämförbara och i så fall vad betyder det?
forskarna använde 4 mikrometer tjocka skivor av den mänskliga cortexen – det yttre skiktet i hjärnan som ansvarar för bearbetning av språk, sensorisk information, tanke, minne och medvetande. Dessa jämfördes med 25 Megaparsek (1 parsek = ca. 3.26 ljusår) tjocka” skivor ” av universum som tagits från en dator simulerad volym på 1 miljon kubik megaparsecs av rymden. Skivorna av hjärnan och universum är relativt jämförbara i tjocklek då med tanke på att båda är 27 storleksordningar i storlek skiljer sig från varandra.
beroende på skalan undersöktes skivorna – likheten i strukturen var inte alltid uppenbar. Men vid 40x förstoring i hjärnvävnaden började forskarna se likheter i struktur. 40x förstoring representerar en skala på 0,01-1,6 mm i hjärnan och 1-100 Megaparsek i universum. Här ser det neuronala nätverket ut som galaxklusterna. Dessutom kan nätens likhet mätas objektivt och jämföras med två tekniker. Den första är ”network degree centrality” som mäter längden på nätverksanslutningarna och graden av anslutning i ett visst nätverk. Kärnan eller mitten av en neuron är mycket mindre i radie än längden på anslutande axioner och dendriter. På samma sätt är galaxkluster mycket mindre i radie än längden på anslutningsfilamenten. Den andra metoden för att objektivt jämföra båda nätverken är ”klusterkoefficienten” som kvantifierar mängden struktur intill varje anslutningsnod (neuron eller galaxkluster) och jämför den strukturen med en slumpmässig punkt inom nätverket. Denna jämförelse kontrasterar organisation mot slumpmässighet i båda nätverken.
tillämpa teknikerna på dessa skalor, vazz och Feletti hittade ”anmärkningsvärda” likheter mellan både hjärnan och universum. De fann också att nätverken var mer lika varandra än andra biologiska och fysiska strukturer inklusive trädgrenar, dynamiken i molnbildning eller vattenturbulens. Dessa andra strukturer är fraktala i naturen. Fraktala mönster är självupprepande och ser likadana ut oavsett vilken skala du observerar dem. Däremot ser universum helt annorlunda ut på mindre än större skalor. Galaxer och solsystem liknar inte den kosmiska webben som de skapar. Så också hjärnan liknar inte längre det neurala nätverket när det observeras i olika skalor. Skala i sig kan vara viktigt för skapandet av dessa strukturer när det gäller hur de organiserar sig.
forskarna avslutar sina resultat ” antyder att liknande nätverkskonfigurationer kan uppstå från interaktionen mellan helt olika fysiska processer, vilket resulterar i liknande nivåer av komplexitet och självorganisation, trots den dramatiska skillnaden i rumsliga skalor för dessa två system.”Med andra ord kan nätverk som hjärnan och universum dela liknande struktur samtidigt som de är helt olika i storlek och bildas av olika processer (gravitation vs biologi). Ändå är det möjligt att något orsakade både att utvecklas och växa på ett liknande sätt.
forskarna noterade två andra intressanta likheter mellan hjärnan och den kosmiska banan. Den första var kompositionens förhållanden. Hjärnan är 77% vatten medan den kosmiska banan är ungefär 73% mörk energi. Vatten och mörk energi är inte en del av själva nätverket utan betraktas som ”passivt material” eller passiv energi. Närvaron och förhållandet mellan passivt material/energi kan vara av relevans för hur dessa nätverk bildas. En andra fascinerande likhet är att mängden datordata som krävs för att kartlägga de simulerade Universummodellerna är jämförbar med de teoretiska minneslagringsgränserna för den mänskliga hjärnan. Mellan 1-10 Petabyes (1 Petabyte = 1000 Terrabytes) data behövs för att simulera utvecklingen av det observerbara universum vid skalor där den kosmiska banan blir uppenbar. Uppskattningar av den totala lagringskapaciteten hos den mänskliga hjärnan är cirka 2,5 petabyte. En människa kan då teoretiskt lagra en stor del av det observerbara universums struktur…inuti hjärnan. Eller, ännu mer förvånande att överväga, den kosmiska webben kan teoretiskt lagra data från en livstid av mänskliga erfarenheter.
mest avlägsna galaxer som någonsin avbildats. – NASA/ESA
förutom likheter finns det skillnader mellan den kosmiska banan och hjärnan. Medan proverna av hjärnan som användes var från cortex, är hela hjärnan inte enhetlig. Olika delar av hjärnan är strukturerade för olika ändamål medan ett viktigt inslag i universum är dess enhetlighet i nästan alla riktningar. Länkar mellan neuroner i hjärnan är för överföring av sensorisk information medan länkar i universum överför energi och materia ensam. Vazz och Feletti hoppas att deras forskning kommer att inspirera utvecklingen av kraftfullare algoritmer för att upptäcka ännu fler likheter mellan hjärnan och universum. Kanske lär vi oss om de förhållanden som gör att två nätverk födda ur helt olika processer liknar varandra så nära.
vi har hört Carl Sagan beskriva hur våra kroppar är bokstavligen gjorda av stjärnor. Nu börjar vi förstå att våra hjärnor kan vara mönstrade som dem också. Ett helt universum av anslutningar finns i ditt sinne – ett universum inom ett universum – och det ena kan nå ut till det andra som gav upphov till det. Miljarder neuroner som berör miljarder stjärnor-säkert andliga.
mer att utforska:
de faktiska simulerade universumbilderna som används i forskningen: https://cosmosimfrazza.myfreesites.net/cosmic-web-and-brain-network-datasets
liknar den mänskliga hjärnan universum? / EurekAlert! Science News
som ovan som nedan konstutställning
hur din hjärna är som den kosmiska webben (nautil.us)
utforska kopplingar mellan Kosmos & sinne genom sex interaktiva konstinstallationer i ” som ovan som nedan ”(arxiv.org)
fråga Ethan: är universum själv levande? (forbes.com)
hur stort är universum? – Universum idag
hur filament vävs in i den kosmiska banan (arxiv.org)
Aquarius mörk materia simulering Video-ESO
