Ticker

6/recent/ticker-posts

Εκπληκτικές ομοιότητες μεταξύ του ανθρώπινου εγκέφαλου και του Σύμπαντος

 

Αριστερά: τομή της παρεγκεφαλίδας, με συντελεστή μεγέθυνσης 40x, που λαμβάνεται με ηλεκτρονική μικροσκοπία (Dr. E. Zunarelli, University Hospital of Modena) -Δεξιά: ενότητα μιας κοσμολογικής προσομοίωσης, με επέκταση 300 εκατομμυρίων ετών φωτός σε κάθε πλευρά (Vazza et al. 2019 A&A).

Ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Μπολόνια και ένας νευροχειρουργός στο Πανεπιστήμιο της Βερόνας συνέκριναν το δίκτυο των νευρωνικών κυττάρων στον ανθρώπινο εγκέφαλο με το κοσμικό δίκτυο γαλαξιών ... και προέκυψαν εκπληκτικές ομοιότητες 

Στην εργασία τους που δημοσιεύτηκε στο Frontiers in Physics, ο Franco Vazza (αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Μπολόνια) και ο Alberto Feletti (νευροχειρουργός στο Πανεπιστήμιο της Verona) ερεύνησαν τις ομοιότητες μεταξύ δύο από τα πιο δύσκολα και πολύπλοκα συστήματα στη φύση: το κοσμικό δίκτυο των γαλαξιών και του δικτύου των νευρωνικών κυττάρων στον ανθρώπινο εγκέφαλο.



Παρά την ουσιαστική διαφορά κλίμακας μεταξύ των δύο δικτύων (περισσότερες από 27 τάξεις μεγέθους), η ποσοτική τους ανάλυση, η οποία βρίσκεται στο σταυροδρόμι της κοσμολογίας και της νευροχειρουργικής, υποδηλώνει ότι διαφορετικές φυσικές διαδικασίες μπορούν να οικοδομήσουν δομές που χαρακτηρίζονται από παρόμοια επίπεδα πολυπλοκότητας και αυτοοργάνωσης .

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος λειτουργεί χάρη στο ευρύ νευρωνικό του δίκτυο που θεωρείται ότι περιέχει περίπου 69 δισεκατομμύρια νευρώνες. 

Από την άλλη πλευρά, το παρατηρήσιμο σύμπαν αποτελείται από έναν κοσμικό ιστό τουλάχιστον 100 δισεκατομμυρίων γαλαξιών.

Και στα δύο συστήματα, μόνο το 30% των μαζών τους αποτελείται από γαλαξίες και νευρώνες. 

Και στα δύο συστήματα, οι γαλαξίες και οι νευρώνες τακτοποιούνται σε μακρά νημάτια ή κόμβους μεταξύ των νημάτων

Τέλος, και στα δύο συστήματα, το 70% της κατανομής της μάζας ή της ενέργειας αποτελείται από συστατικά που παίζουν έναν φαινομενικά παθητικό ρόλο : νερό στον εγκέφαλο και σκοτεινή ενέργεια στο παρατηρήσιμο Σύμπαν.

Ξεκινώντας από τα κοινά χαρακτηριστικά των δύο συστημάτων, οι ερευνητές συνέκριναν μια προσομοίωση του δικτύου γαλαξιών με τμήματα του εγκεφαλικού φλοιού και της παρεγκεφαλίδας. Ο στόχος ήταν να παρατηρήσουν πώς οι διακυμάνσεις της ύλης διασκορπίζονται σε τόσο διαφορετικές κλίμακες.

"Υπολογίσαμε τη φασματική πυκνότητα και των δύο συστημάτων. Πρόκειται για μια τεχνική που χρησιμοποιείται συχνά στην κοσμολογία για τη μελέτη της χωρικής κατανομής των γαλαξιών", εξηγεί ο Franco Vazza. "Η ανάλυσή μας έδειξε ότι η κατανομή της διακύμανσης στο νευρωνικό δίκτυο της παρεγκεφαλίδας σε κλίμακα από 1 μικρόμετρο έως 0,1 χιλιοστά ακολουθεί την ίδια εξέλιξη της κατανομής της ύλης στον κοσμικό ιστό αλλά, φυσικά, σε μεγαλύτερη κλίμακα που ξεκινά από 5 εκατομμύρια έως 500 εκατομμύρια έτη φωτός."

Οι δύο ερευνητές υπολόγισαν επίσης ορισμένες παραμέτρους που χαρακτηρίζουν τόσο το νευρωνικό δίκτυο όσο και τον κοσμικό ιστό: τον μέσο αριθμό συνδέσεων σε κάθε κόμβο και την τάση ομαδοποίησης πολλών συνδέσεων σε σχετικούς κεντρικούς κόμβους εντός του δικτύου .



"Για άλλη μια φορά, οι δομικές παράμετροι έχουν εντοπίσει απροσδόκητα επίπεδα συμφωνίας. Πιθανώς, η συνδεσιμότητα εντός των δύο δικτύων εξελίσσεται ακολουθώντας παρόμοιες φυσικές αρχές, παρά την εντυπωσιακή και προφανή διαφορά μεταξύ των φυσικών δυνάμεων που ρυθμίζουν τους γαλαξίες και των νευρώνων", προσθέτει ο Alberto Feletti. "Αυτά τα δύο πολύπλοκα δίκτυα δείχνουν περισσότερες ομοιότητες από αυτές που μοιράζονται μεταξύ του κοσμικού ιστού και ενός γαλαξία ή ενός νευρωνικού δικτύου και του εσωτερικού ενός νευρωνικού σώματος."

Τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα αυτής της πιλοτικής μελέτης ωθούν τους ερευνητές να σκεφτούν ότι νέες και αποτελεσματικές τεχνικές ανάλυσης και στους δύο τομείς, την κοσμολογία και τη νευροχειρουργική, θα επιτρέψουν την καλύτερη κατανόηση της δρομολογημένης δυναμικής που διέπει τη χρονική εξέλιξη αυτών των δύο συστημάτων.

Περισσότερες πληροφορίες: F. Vazza et al, Η Ποσοτική Σύγκριση Μεταξύ του Νευρωνικού Δικτύου και του Κοσμικού Ιστού, Σύνορα στη Φυσική (2020). DOI: 10.3389 / fphy.2020.525731

Δημοσίευση σχολίου

0 Σχόλια