博洛尼亚大学 左侧:小脑切片,放大倍数为40倍,用电子显微镜(Dr
E
祖纳雷利,摩德纳大学医院);右图:宇宙模拟的一部分,每边延伸3亿光年(瓦扎等人
2019年A & ampa)
学分:博洛尼亚大学 博洛尼亚大学的一名天体物理学家和维罗纳大学的一名神经外科医生将人脑中的神经细胞网络与宇宙星系网络进行了比较
令人惊讶的相似之处出现了 佛朗哥·瓦扎(博洛尼亚大学的天体物理学家)和阿尔贝托·费莱蒂(维罗纳大学的神经外科医生)在他们发表在《物理学前沿》上的论文中,研究了自然界中两个最具挑战性和最复杂的系统之间的相似性:星系的宇宙网络和人类大脑中的神经元细胞网络
尽管这两个网络在规模上存在巨大差异(超过27个数量级),但它们位于宇宙学和神经外科十字路口的定量分析表明,不同的物理过程可以构建具有相似复杂程度和自组织特征的结构
人脑的功能得益于其被认为包含大约690亿个神经元的广泛的神经元网络
另一方面,可观测的宇宙是由至少1000亿个星系组成的宇宙网
在这两个系统中,只有30%的质量由星系和神经元组成
在这两个系统中,星系和神经元排列成长细丝或细丝之间的节点
最后,在这两个系统中,70%的质量或能量分布是由扮演明显被动角色的成分组成的:大脑中的水和可观察宇宙中的暗能量
从这两个系统的共同特征出发,研究人员将星系网络的模拟与大脑皮层和小脑的部分进行了比较
目标是观察物质波动如何分散在如此不同的尺度上
“我们计算了两个系统的光谱密度
佛朗哥·瓦扎解释说:“这是宇宙学中经常使用的研究星系空间分布的技术。”
“我们的分析表明,小脑神经网络内的波动分布在从1微米到0微米的尺度上
1毫米跟随着宇宙网中物质分布的同样进程,但是,当然,在更大的范围内,从500万到5亿光年
" 两位研究人员还计算了表征神经元网络和宇宙网络的一些参数:每个节点中的平均连接数,以及在网络中相关中心节点中聚集几个连接的趋势
“结构参数再次确定了意想不到的一致水平
可能,尽管调节星系和神经元的物理力量之间有着惊人而明显的差异,但这两个网络内部的连接遵循着相似的物理原理
“这两个复杂的网络比宇宙网络和星系之间、神经元网络和神经元体内的网络更相似
" 这项试点研究令人鼓舞的结果促使研究人员认为,宇宙学和神经外科这两个领域的新的有效分析技术将有助于更好地理解这两个系统时间演化背后的路由动力学
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