Nejnovější

ADHD a ADD: Příznaky, průběh a účinná léčba

V odvážné nové studii astrofyzik a neurochirurg šli do vyšší úrovně zkoumání a pomocí kvantitativní analýzy porovnali dva z nejsložitějších systémů v přírodě. Neuronovou síť v lidském mozku a vesmírnou síť galaxií.

Podobnost čistě náhodná?

Ve skutečnosti to není až tak zvláštní srovnání. Možná jste už viděli snímek, který porovnává lidský neuron a simulovanou kupu galaxií. Oba vypadají překvapivě podobně. Ale v lidském mozku a ve vesmíru je takových podobností mnohem více, než jsme si dosud mysleli.

Astrofyzik Franco Vazza z boloňské univerzity a neurochirurg Alberto Feletti z veronské univerzity strávili posledních několik let zkoumáním těchto podobností. "Galaxie se mohou seskupovat do obrovských struktur, jako jsou shluky, clustery a vlákna, které se táhnou stovky milionů světelných let. Hranice mezi těmito strukturami a sousedními úseky prázdného prostoru zvané kosmické dutiny mohou být extrémně složité. Gravitace zrychluje hmotu na těchto hranicích na rychlost tisíců kilometrů za sekundu a vytváří mezigalaktické plyny, rázové vlny a turbulence. Předpovídali jsme, že hranice prázdných vláken je jedním z nejsložitějších objemů vesmíru, měřeno počtem bitů informací potřebných k jeho popisu. A to nás přimělo přemýšlet o tom, zda je to složitější než lidský mozek,“ napsali vědci.

Oba typy struktur se liší velikostí o celých 27 řádů (to je miliarda miliard miliard). Výsledky týmu však naznačují, že zatímco fyzikální procesy, které řídí strukturu vesmíru a strukturu lidského mozku, jsou extrémně odlišné, mohou mít za následek podobnou úroveň složitosti a sebeorganizace.

Výchozím bodem bylo vypracování podobností mezi nimi. Lidský mozek má kolem 69 miliard neuronů, pozorovatelná vesmírná síť obsahuje více než 100 miliard galaxií. Oba systémy jsou uspořádány v dobře definovaných sítích s uzly (neurony v mozku, galaxie ve vesmíru) spojených vlákny. Neurony i galaxie mají typický poloměr stupnice, který je jen zlomkem délky vláken. A tok informací a energie mezi uzly je pouze kolem 25 procent hmotnosti a energetického obsahu každého systému. Kromě toho existují podobnosti mezi složením mozku a složením vesmíru. Mozek tvoří z asi 77 procent voda. Vesmír tvoří z asi 72 procent temné energie.

Když byly tyto podobnosti definovány, provedl tým další kvantitativní srovnání na základě obrázků. Získali řezy lidského mozku a kůry v různých zvětšeních a porovnali je se simulacemi kosmické sítě. Hledali podobnosti v kolísání hustoty hmoty mezi mozkem a kosmickou sítí. A zjistili, že relativní rozdělení fluktuací v obou systémech bylo neuvěřitelně podobné.

Vesmír může ukládat svoji historii do paměti

"Vypočítali jsme spektrální hustotu obou systémů. Naše analýza ukázala, že fluktuace v neuronové síti mozku na stupnici od 1 mikrometru do 0,1 milimetru sleduje stejný postup distribuce hmoty v kosmickém pásu, ale samozřejmě ve větším měřítku," řekl Vazza.

Ale to není zdaleka všechno. Tým zkoumal další morfologické rysy, jako je počet vláken připojených ke každému uzlu. Vesmírná síť, založená na vzorku 3 800 až 4 700 uzlů, měla v průměru 3,8 až 4,1 připojení na uzel. Lidská kůra měla u vzorku 1 800 až 2 000 uzlů v průměru 4,6 až 5,4 připojení na uzel. Oba systémy navíc vykazovaly tendenci shlukovat spojení kolem centrálních uzlů. A zdá se, že oba mají podobnou informační kapacitu.

Nedávná studie naznačuje, že paměť lidského mozku je kolem 2,5 petabajtů. Další nedávná studie, kterou provedl Vazza, naznačuje, že kapacita paměti potřebná k uložení složitosti vesmíru je kolem 4,3 petabajtů.

"Zhruba řečeno, tato podobnost kapacity paměti znamená, že do distribuce může být zakódováno také celé množství informací uložených v lidském mozku (například celá životní zkušenost člověka) a stejně to funguje u galaxií,“ napsali vědci ve svém výzkumu publikovaném ve Frontiers in Physics.

To sice neznamená, že vesmír je "mozek" nebo že je schopen vnímat. Naznačuje to však, že zákony, které řídí růst struktur obou, mohou být stejné.

Podle vědců je kauzální síť představující rozsáhlou strukturu časoprostoru v našem zrychlujícím se vesmíru grafem mocninového zákona pozoruhodně podobným lidskému mozku. A studie, jako je tato od Vazzy a Felettiho, by mohly připravit cestu k lepšímu pochopení těchto zákonů.

"Strukturální parametry opět identifikovaly neočekávané úrovně shody. Pravděpodobně se konektivita v těchto dvou sítích vyvíjí podle podobných fyzikálních principů, a to i přes výrazný a zjevný rozdíl mezi fyzickými silami regulujícími galaxie a neurony," uvedl Feletti. "Tyto dvě složité sítě vykazují více podobností než ty, které sdílí vesmírná síť s nějakou galaxií nebo neuronovou sítí a vnitřkem neuronového těla.“ Psali jsme také: Vědci vůbec poprvé viděli a zaznamenali zrození kosmického monstra, magnetaru.