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科学发现:人类神经元与宇宙星系团惊人相似

“研究小组的结果表明,虽然驱动宇宙结构和人脑结构的物理过程极为不同,但它们可以导致相似程度的复杂性和自组织。”

科学发现:人类神经元与宇宙星系团惊人相似

模拟星系团画面

 

科学发现:人类神经元与宇宙星系团惊人相似

 

新闻来源:Science Alert

翻译

 

在一项大胆的研究中,一位天体物理学家和一名神经外科医生通过定量分析比较了自然界中两个最复杂的系统:人脑中的神经元网络和宇宙中的星系宇宙网络,将其研究提升到新的阶段。实际上,这并不特殊。您可能会看到一张偶尔会被共享的图像,并排显示一个人类神经元和一个模拟的星系团。两者看起来惊人地相似。但是,除了外观之外,人脑还有整个宇宙还有很多。

 

因此,意大利博洛尼亚大学的天体物理学家佛朗哥·瓦扎(Franco Vazza)和意大利维罗纳大学的神经外科医生阿尔贝托·费莱蒂(Alberto Feletti)在过去的几年中一直在研究以确定相似之处是否比皮肤更深。两种类型的结构在大小上相差27个数量级。

 

研究小组的结果表明,虽然驱动宇宙结构和人脑结构的物理过程极为不同,但它们可以导致相似程度的复杂性和自组织。起点是确定两者之间的相似性。人类小脑约有690亿个神经元。可观测的宇宙网包含超过1000亿个星系。神经元和星系都具有典型的标度半径,仅是细丝长度的一小部分。节点之间的信息和能量流仅占每个系统质量和能量含量的25%左右。

 

另外,大脑的组成与宇宙的组成之间也有相似之处。大脑的水分约占77%。宇宙的暗能量约为72%。显然,这两种都是被动材料,它们渗透到各自的系统中,并且仅在其内部结构中起间接作用。

 

在定义了这些相似性之后,团队接下来基于图像对两者进行了定量比较。他们获得了不同放大倍数的人类小脑和皮质的切片,并将它们与宇宙网的模拟进行了比较。他们正在寻找的是大脑和宇宙网之间物质密度波动的相似性。他们发现,虽然两个系统的波动幅度相差很大,但它们的相对分布却惊人地相似。

 

科学发现:人类神经元与宇宙星系团惊人相似

放大40倍的小脑(左)和300光年的模拟宇宙网(右)。

 

Vazza说:“我们计算了两个系统的光谱密度。这是宇宙学中经常使用的一种技术,用于研究星系的空间分布。” “我们的分析表明,小脑神经元网络内波动的分布范围从1微米到0.1毫米,遵循宇宙网中物质分布的相同过程,但当然,从5到5百万至5亿光年。”

 

研究小组研究了其他形态特征,例如连接到每个节点的细丝数量。基于3,800至4,700个节点的样本的宇宙网,每个节点平均具有3.8至4.1个连接。对于1,800至2,000个节点的样本,人类皮层平均每个节点有4.6至5.4个连接。另外,两个系统都表现出将连接集中在中心节点周围的趋势。而且两者似乎具有相似的信息容量。

 

最近的一项研究表明,人脑的记忆力约为2.5 PB。 Vazza的另一项最新研究表明,存储宇宙复杂性所需的存储容量约为4.3 PB。研究人员在2017年写道:“粗略地说,这种存储容量的相似性意味着也可以将存储在人脑中的整个信息(例如,一个人的整个生活经历)编码为分布宇宙中的银河系。”

 

这并不是说宇宙是一个大脑,或者具有感知能力。但这确实暗示着控制两者结构增长的法律可能是相同的。

 

根据2012年基于模拟的论文,代表我们正在加速的宇宙中的时空的大规模结构的因果网络是与人类大脑极为相似的幂律图。

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