Een astrofysicus aan de Universiteit van Bologna en een neurochirurg aan de Universiteit van Verona vergeleken het netwerk van neuronale cellen in het menselijk brein met het kosmische netwerk van sterrenstelsels... en er kwamen verrassende overeenkomsten naar voren

In hun paper gepubliceerd in Grenzen in de natuurkunde , Franco Vazza (astrofysicus aan de Universiteit van Bologna) en Alberto Feletti (neurochirurg aan de Universiteit van Verona) onderzochten de overeenkomsten tussen twee van de meest uitdagende en complexe systemen in de natuur:het kosmische netwerk van sterrenstelsels en het netwerk van neuronale cellen in de mens. brein.

Ondanks het aanzienlijke schaalverschil tussen de twee netwerken (meer dan 27 ordes van grootte), hun kwantitatieve analyse, die zich op het kruispunt van kosmologie en neurochirurgie bevindt, suggereert dat verschillende fysieke processen structuren kunnen bouwen die worden gekenmerkt door vergelijkbare niveaus van complexiteit en zelforganisatie.

Het menselijk brein functioneert dankzij het brede neuronale netwerk dat naar schatting ongeveer 69 miljard neuronen bevat. Anderzijds, het waarneembare heelal bestaat uit een kosmisch web van minstens 100 miljard sterrenstelsels. Binnen beide systemen slechts 30% van hun massa bestaat uit sterrenstelsels en neuronen. Binnen beide systemen sterrenstelsels en neuronen rangschikken zich in lange filamenten of knopen tussen de filamenten. Eindelijk, binnen beide systemen, 70% van de verdeling van massa of energie bestaat uit componenten die een schijnbaar passieve rol spelen:water in de hersenen en donkere energie in het waarneembare heelal.

Uitgaande van de gedeelde kenmerken van de twee systemen, onderzoekers vergeleken een simulatie van het netwerk van sterrenstelsels met delen van de hersenschors en het cerebellum. Het doel was om te observeren hoe materiefluctuaties zich over zulke uiteenlopende schalen verspreiden.

"We hebben de spectrale dichtheid van beide systemen berekend. Dit is een techniek die in de kosmologie vaak wordt gebruikt om de ruimtelijke verdeling van sterrenstelsels te bestuderen, " legt Franco Vazza uit. "Onze analyse toonde aan dat de verdeling van de fluctuatie binnen het neuronale netwerk van de kleine hersenen op een schaal van 1 micrometer tot 0,1 millimeter dezelfde progressie volgt als de verdeling van materie in het kosmische web, maar, natuurlijk, op een grotere schaal die gaat van 5 miljoen tot 500 miljoen lichtjaar."

De twee onderzoekers berekenden ook enkele parameters die zowel het neuronale netwerk als het kosmische web karakteriseren:het gemiddelde aantal verbindingen in elk knooppunt en de neiging om verschillende verbindingen te clusteren in relevante centrale knooppunten binnen het netwerk.

"Alweer, structurele parameters hebben onverwachte overeenstemmingsniveaus geïdentificeerd. Waarschijnlijk, de connectiviteit binnen de twee netwerken evolueert volgens gelijkaardige fysieke principes, ondanks het opvallende en duidelijke verschil tussen de fysieke krachten die sterrenstelsels en neuronen reguleren, " voegt Alberto Feletti toe. "Deze twee complexe netwerken vertonen meer overeenkomsten dan die tussen het kosmische web en een melkwegstelsel of een neuronaal netwerk en de binnenkant van een neuronaal lichaam."

De bemoedigende resultaten van deze pilotstudie doen de onderzoekers denken dat nieuwe en effectieve analysetechnieken op beide gebieden, kosmologie, en neurochirurgie, zal een beter begrip mogelijk maken van de gerouteerde dynamiek die ten grondslag ligt aan de temporele evolutie van deze twee systemen.