研究绘制人类年夜脑和宇宙之间的奇形布局相似性 -

宇宙的一个引人入胜的怪癖是，形状和图案可以在非常不同的环境中找到：在人类耳蜗和螺旋星系的形状中可以看到金螺旋;静脉的分形几何体在闪电的分支中回荡

在一项大胆的新试验研究中，一位天体物理学家和一位神经外科医生利用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网络。

其实没那么奇特的比较。你可能已经看到一个图像，偶尔被分享周围，显示一个人类神经元和一个模拟的星系团，并排;两者看起来惊人地相似。

(马克·米勒/处女联盟/视觉复杂性)

但是，人类的大脑和宇宙比它的外观要多。

因此，意大利博洛尼亚大学的天体物理学家佛朗哥·瓦扎和意大利维罗纳大学的神经外科医生阿尔贝托·费莱蒂花了几年时间进行调查，以确定这些相似性是否比皮肤深。

他们在2017年《鹦鹉螺季季》中写道：

"星系可以聚集成巨大的结构（称为星团、超级星团和灯丝），这些结构绵延数亿光年。这些结构与邻近的空隙之间的边界可能极其复杂。

重力使这些边界下物质的速度加速到数千公里/秒的速度，在星系间气体中产生冲击波和湍流。

我们已经预测，空丝边界是宇宙中最复杂的体积之一，用描述它的信息位数来衡量。

这让我们思考：它比大脑复杂吗？

这两种类型的结构大小相差 27 个数量级（十亿亿）。但研究人员说，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存在极大的不同，但它们可能导致类似的复杂程度和自我组织。

出发点是找出两者之间的相似之处。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。是其中之一。

这两个系统都排列在定义良好的网络中，节点（大脑中的神经元，宇宙中的星系）通过灯丝连接。

神经元和星系都有典型的比例半径，只是灯丝长度的一小部分。节点之间的信息和能源流动只有每个系统质量和能量含量的25%左右。

此外，大脑的组成和宇宙的组成也有相似之处。大脑有77%的水。宇宙是大约72%的暗能量。

这两种材料显然是贯穿各自系统的被动材料，在内部结构中只发挥间接作用。

根据这些相似性的定义，团队接下来根据图像对两者进行了定量比较。他们在不同的放大倍率上获得了人类小脑和皮层的切片，并把它们比作宇宙网的模拟。

他们正在寻找大脑和宇宙网之间的物质密度波动的相似性。他们发现，这两个系统的波动相对分布惊人地相似——尽管其尺度大相径庭。

放大40倍（左）的一片小脑，在300光年一侧的模拟宇宙网（右）。（博洛尼亚大学）

"我们计算了两个系统的光谱密度。这是宇宙学中经常采用的一种技术，用于研究星系的空间分布，"瓦扎说。

我们的分析表明，小脑神经元网络内从 1 微米到 0.1 毫米的波动分布遵循宇宙网中物质分布的相同进展，当然，在更大范围内，从 500 万光年到 5 亿光年。

但这还不是全部。

研究小组研究了其他形态特征，例如连接到每个节点的丝线的数量。基于3，800至4，700个节点的样本，宇宙网平均每个节点有3.8至4.1个连接。人类皮层，对于1，800到2，000个节点的样本，每个节点平均有4.6到5.4个连接。

此外，这两个系统都呈现出围绕中央节点进行聚类连接的趋势。两者似乎都具有类似的信息能力。

最近的一项研究表明，人类大脑的记忆量约为2.5 PB。瓦扎最近的另一项研究表明，存储宇宙复杂性所需的内存容量约为4.3 PB。

研究人员在2017年写道，"大致来说，"记忆能力的相似性意味着存储在人脑中的整个信息体（例如，一个人的整个生命体验）也可以被编码到我们宇宙中星系的分布中。

这并不是说宇宙是大脑，或者能够有感而发。但这确实暗示，管理两者结构增长的法律可能是相同的。

根据2012年一篇基于模拟的论文，代表我们加速宇宙中空间时间大规模结构的因果网络是一个与人脑非常相似的功率定律图。

瓦扎和费莱蒂的这种研究可以为更好地了解这些法律铺平道路。

结构参数再次确定了意外的协议级别。费莱蒂说："尽管调节星系和神经元的物理力量之间有着惊人的明显差异，但两个网络内部的连通性还是按照类似的物理原理进化的。

"这两个复杂的网络比宇宙网和星系或神经元网络与神经元内部共享的网络有更多的相似性。

这项研究发表在《物理学前沿》上。

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