вселенная похожа на нейроны мозга
Нейроны в мозге человека и сеть галактик оказались похожи
Астрофизик из Болонского университета и нейрохирург из Веронского университета сравнили сеть нейронных клеток в человеческом мозге с космической сетью галактик и обнаружили удивительные сходства между ними. Результаты исследования публикует журнал Frontiers in Physics.
Читайте «Хайтек» в
Франко Вазза, астрофизик в Университете Болоньи и Альберто Фелетти, нейрохирург из Университета Вероны изучили сходство между двумя самыми сложными системами в природе: космической сетью из галактик и сетью нейронов в человеческом мозге.
Несмотря на существенную разницу в масштабе между двумя сетями, их анализ показал, что различные физические процессы в них могут создавать структуры. Причем они характеризуются одинаковыми уровнями сложности и самообслуживания.
Человеческий мозг функционирует благодаря своей широкой нейронной сети, которая, как считается, содержит около 69 млрд нейронов. С другой стороны, наблюдаемая Вселенная состоит из космической сети, состоящей как минимум из 100 млрд галактик. В обеих системах только 30% их массы составляют галактики и нейроны, которые (опять же, в обеих системах) образуют длинные волокна или узлы между ними. Наконец, в обеих системах 70% распределения массы или энергии состоит из компонентов, играющих явно пассивную роль. Речь идет о воде в мозге и темной энергии в наблюдаемой Вселенной.
Исходя из общих черт двух систем, исследователи сравнили моделирование сети галактик с участками коры головного мозга и мозжечка. Цель — изучить флуктуации вещества в столь разных масштабах.
«Мы рассчитали спектральную плотность обеих систем, — объясняет Франко Вацца. — Наш анализ показал, что распределение колебаний в нейронной сети мозжечка в масштабе от 1 мкрм до 0,1 мм следует той же прогрессии распределения материи в космической паутине. Конечно, в более крупном масштабе, от 5 млн до 500 млн световых лет».
Два исследователя также рассчитали некоторые параметры, характеризующие как нейронную сеть, так и космическую паутину: среднее количество соединений в каждом узле и тенденцию кластеризации нескольких соединений в соответствующих центральных узлах внутри сети. И снова структурные параметры выявили неожиданные уровни согласования. Вероятно, взаимосвязь внутри двух сетей развивается в соответствии с аналогичными физическими принципами, несмотря на поразительную и очевидную разницу между физическими силами, регулирующими галактики и нейроны, заключают ученые.
Исследование: Человеческий мозг является «копией» Вселенной
Совместное исследование ученых Болонского и Веронского университетов (Италия) доказало, что человеческий мозг по своему строению и взаимодействию в нем нейронов поразительно похож на Вселенную.
Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Physics, а коротко о нем рассказывается на сайте Болонского университета. Оно было проведено совместными усилиями астрофизика Франко Вацца и нейрохирурга Альберто Фелетти. Специалисты сравнили две самые сложные системы в природе: космическую сеть из множества галактик и сеть нейронных клеток в человеческом мозге.
Количественный анализ был проведен, несмотря на огромную разницу в масштабе между двумя этими сетями, которая превышает 27 порядков. По сути, исследование было проведено на пересечении космологии и нейрохирургии. Оно предполагает, что различные физические процессы могут создавать структуры, характеризующиеся одинаковыми уровнями сложности и самоорганизации.
Исследователи отмечают, что человеческий мозг функционирует благодаря своей широкой нейронной сети. Считается, что она состоит примерно из 69 миллиардов нейронов. В то же время о Вселенной известно, что она представляет собой космическую сеть, которая состоит как минимум из 100 миллиардов галактик.
Именно эти общие черты и легли в основу анализа. Ученых интересовало, до какой степени человеческий мозг и Вселенная могут быть похожи друг на друга? Для поиска ответа на этот вопрос они смоделировали сеть галактик и сеть нейронов коры головного мозга, а затем наложили их друг на друга. Цель заключалась в том, чтобы увидеть, как флуктуации (колебания) вещества распространяются в столь разных масштабах.
Также авторы работы рассчитали некоторые параметры, которые характеризуют как нейронную сеть мозга, так и космическую сеть. В частности, они изучили среднее количество соединений в каждом узле и тенденцию их объединения в кластеры внутри каждой сети.
Исследование: наша Вселенная похожа на большой мозг
Ученые обнаружили закономерности работы нейронной сети мозга и паутины галактик в космосе
Исследователи изучили две системы — сеть нейронов головного мозга и нашу Вселенную — под разными углами, рассмотрев их структуру, морфологию, объем памяти и другие свойства. Количественный анализ показал, что очень непохожие физические процессы могут создавать структуры одинакового уровня сложности и организации, даже если они различаются по размеру на 27 порядков.
Необычное исследование провели итальянские специалисты в двух очень разных областях — астрофизик Франко Вацца из Университета Болоньи и нейрохирург Альберто Фелетти из Университета Вероны. «Поразительное сходство, которое выявляет наш анализ, по-видимому, предполагает, что самоорганизация обеих сложных систем строится на схожих принципах сетевой динамики, несмотря на радикально разные масштабы и действующие процессы», — пишут ученые в статье, опубликованной в Frontiers in Physics.
Один из самых ярких выводов исследования заключается в том, что нейронную сеть мозга можно рассматривать как отдельную вселенную. Эта сеть содержит около 69 млрд нейронов, а наблюдаемая Вселенная включает как минимум 100 млрд галактик.
Еще одно сходство — это природа сетей нейронов и галактик, в которых есть узлы, соединенные нитями. Изучая среднее количество подключений в каждом узле и кластеризацию подключений, исследователи пришли к выводу, что обе сети выросли в результате работы схожих физических принципов.
Также интересно сравнить состав обеих конструкций. Около 77% мозга состоит из воды, а около 70% Вселенной заполнено темной энергией. Оба материала — пассивные, они играют косвенную роль в своих структурах. С другой стороны, около 30% масс каждой системы составляют галактики или нейроны.
Ученые также обнаружили странное сходство между колебаниями плотности материи в мозге и космической паутине.
«Мы рассчитали спектральную плотность обеих систем. Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик, — говорит Вацца. — Наш анализ показал, что распределение колебаний в нейронной сети мозжечка в масштабе от 1 микрометра до 0,1 миллиметра следует той же прогрессии распределения материи в космической паутине, но, конечно, в более крупном масштабе, от 5 до 500 млн световых лет».
Интересная статья? Подпишитесь на наш канал в Telegram, чтобы получать больше познавательного контента и свежих идей.
Вселенная как аналогия человеческого мозга.
Известное научное предположение, что устройство Вселенной напоминает систему нейронов в головном мозге, имеет место быть.
Интернет облетели фотографии, на которых очень наглядно показано, как удивительно микроскопическая модель бесчисленной сети нейронов схожа с макроскопической моделью Вселенной. Материя разных галактик в ней взаимодействует между собой, развиваясь и разрастаясь.
[Еще есть одно важное сходство между клетками мозга и черными дырами – и те и другие создают электромагнитное излучение. Исследователи убеждены, что макромир с точностью отображается в биологической клетке как микромир, поэтому сложную структуру Вселенной сравнивают с клеткой. Они уверены, что это сходство не случайно.]
Ученые считают, что любые сети, начиная от системы головного мозга и кончая грандиозной Вселенной, развиваются по единым фундаментальным природным законам. На эти догадки их натолкнули одинаковые закономерности в постоянном росте сетей.
А может ли в таком случае наша бесконечная Вселенная быть одной из клеток одного живого гигантского организма? Вернемся в школу на урок физики и вспомним, что клетка состоит из молекул, молекулы – из атомов, а атомы – из ядра и вращающихся вокруг него электронов.
Если сравнить со Вселенной, – то выходит, что электроны – те же планеты, ядро – это Солнце, а солнечная система – атом. А если взглянуть глубже, то получается, что галактика – молекула, а Вселенная – клетка.
Если смотреть еще шире, то, на самом деле, Вселенных, как и клеток – бесчисленное множество, им нет числа. Все они в определенное время создаются, какой-то период существуют, а потом обязательно уничтожаются. Это подтверждено древними ведическими писаниями и, согласитесь, очень напоминает это жизнь клетки, которая тоже создается, живет и умирает.
Как клетка считается живой, потому что управляется разумом, так и Вселенная – живая, потому что в нее вселены живые существа. Еще в прошлом веке кто-то из ученых, изучающий живую клетку и, подивившись ее сложнейшей структуре, сказал, что не могла она быть создана без вмешательства разума.
[Этот ученый сразу же поверил в Бога, потому, как некому больше, кроме Господа, так предусмотрительно «обставить» жизнь простейшей клетки от начала до конца, – клетки, которая сама по себе является началом для создания живого организма. Теория – «что в большом – то – и в малом», – полностью подтверждается.]
• Интересные подробности о головном мозге.
Доказано, что нейрон и отдельный участок Вселенной имеют одну и ту же единицу частоты вибрации, правда, в различной степени из-за разницы структур и размеров. От этого их работу можно смело сравнить с музыкой, звучание которой – то возрастает, то уменьшается. И если человек правильно настраивает свое мышление, то Вселенная для него – как камертон.
Если связь человеческого мозга и космоса налицо, то это знание можно использовать для расширения сознания. Развитие мозга – это целая история созидания, при которой внутри черепной коробки происходят «удивительные события», дабы сделать из людей тех, кем они являются. Младенец рождается с мириадами нейронов, и его мозг формирует триллионы соединений.
Нервная клетка мозга генерирует электрический сигнал и стимулирует другие нейроны. Они, в свою очередь, приходят в возбужденное состояние и воспроизводят свои сигналы, которые бегут к другим нейронам, образуя сеть, выполняющую единую мозговую функцию. Чем не грандиозное зрелище, если представить все это в увеличенном размере!
Однако, соседние нейроны в мозге связываются лучше не друг с другом, а с нервными клетками, напоминающими узелки. Таким же образом, когда Вселенная расширяется в пространстве и времени, то количество связей между элементами материи в галактиках увеличивается. Сравнивая эти процессы, можно видеть, что природная динамика их роста идентична.
20-й век был веком значительных открытий и экспериментов. Группа французских ученых обнаружила, что такие элементарные частицы, как электроны, способны каким-то чудом мгновенно друг с другом сообщаться, невзирая на то, какое между ними расстояние. Каждая частица чудесным образом в точности «знала», что делает другая.
На основе этих данных один из лондонских ученых «светил» предположил, что Вселенная – гигантская голограмма. Принцип голограммы, который гласит – «все в каждой части» убедил исследователей, что электроны на любом расстоянии взаимодействуют не потому, что обмениваются между собой таинственными сигналами, а потому, что их разделенность – кажущаяся. Если взглянуть с какого-либо другого уровня реальности, то эти частицы – не отдельные, а наоборот, продолжение чего-то глобального.
Ученые убеждены, что существует скрытый от нас уровень реальности более высокой размерности. И частицы раздельными мы видим только потому, что нам доступна только малая часть действительности. Сами частицы – грани одного глубокого единства. А раз все содержится в малой части, то Вселенная – это проекция и голограмма. Это означает, что любые предметы в мире на глубоком уровне бесконечно взаимосвязаны и все природные явления и сама природа – это безразрывная паутина.
Один из нейрофизиологов, плотно занимающийся изучением мозга, также верит в теорию голографичности мира. К такому заключению он пришел, ломая голову над загадкой, какая область мозга отвечает за воспоминания. Его многочисленные исследования показали, что информация рассредоточена равномерно по всему объему мозга. Выяснилось, что память находится не в группах нейронов, а в разрядах нервных импульсах, вспыхивающих во всем мозге, подобно тому, как маленький кусочек голограммы показывает все изображение полностью.
Тогда встает вопрос:
Если и Вселенная, и мозг – голограмма, то – что же есть настоящая объективная реальность? Это еще ученым предстоит выяснить, а пока они успокоены тем, что теория голограммы мозга и Вселенной объясняет многие паранормальные и психофизические явления, такие, как, например, телепатия.
Баянометр ругался на картинку. Постов не обнаружено.
На одной из этих картинок изображена часть мозга, на другой – часть Вселенной; догадаетесь, что где?
Наука не враг духовности, напротив: научное знание — глубочайший источник духовного. Когда мы осознаем свое место в бесконечности световых лет и сменяющих друг друга эпох, когда постигаем красоту, тонкость и сложность жизни, нас охватывает восторг, в котором гордость сочетается со смирением — это ли не парение духа!
— Карл Саган, «Мир, полный демонов: Наука — как свеча во тьме»
Во время изучения Вселенной я ощущал подобные духовные моменты, описанные Саганом – когда укреплялось моё понимание связей с обширным миром. Как, к примеру, в тот раз, когда я впервые узнал, что буквально состою из пепла звёзд – что атомы моего тела распространились по бесконечному эфиру благодаря сверхновым. В другой раз я ощутил это возвышенное чувство, впервые увидев это изображение:
А) Нейрон из гиппокампа мыши с синапсами. Зелёная клетка в центре имеет размер 10 мкм.
В) Космическая сеть. Длина приведённого для масштаба отрезка – 31,25 Мпк/h, или 1,4 × 10 24 м.
Нейрон в мозге сопоставим со скоплениями галактик и соединяющими их нитями из обычной и тёмной материи. Их схожесть видна сразу. Что это означает? У вас в голове может существовать целая вселенная. Но схожесть изображений может оказаться и примером апофении – восприятия схожести там, где её нет. Ведь как две этих системы могут быть похожими, учитывая огромную разницу в их масштабах? Но что, если кроме внешней схожести между сетями нейронов мозга и паутиной галактик космоса можно получить объективное измерение, оценивающее их похожесть? Именно этим решили заняться Франко Вацца (астрофизик из Болонского университета) и Альберто Фелетти (нейрохирург из Веронского университета), скомбинировав свои научные дисциплины для публикации в журнале Frontiers of Physics.
Межгалактическая связь
Мозг человека – буквально одна из сложнейших структур Вселенной, которая сама по себе является сложнейшей структурой. В вашем мозге содержится порядка 80 млрд нейронов – клеток, обрабатывающих входящие с органов чувств сигналы, и отправляющих сигналы вашему телу по нервной системе. Нейроны также связаны в сеть, и обмениваются информацией по аксонам и дендритам. В типичной сети, формирующей личность, подобную вашей, содержится порядка 100 трлн связей.
Говорят, что NGC 6888, туманность Полумесяца, напоминает гигантский мозг, находящийся в космосе
Вселенная тоже связана в сеть. Нам кажется, что космос – это набор объектов, разделённых огромными участками пространства, но это не совсем так. Видимая нами через научные приборы часть Вселенной называется «обозримой Вселенной», и составляет 90 млрд световых лет в диаметре. В ней содержатся от сотен миллиардов до нескольких триллионов галактик. Эти галактики, как и наш Млечный путь, состоят из миллиардов звёзд, и в свою очередь группируются в галактические скопления. Наш Млечный путь – часть «местной группы» галактик, в которую также входят Андромеда, галактика Треугольника и ещё 50 других галактик. Все они входят в более крупную группу, сверхскопление Девы. Пространство между группами и скоплениями не пустое – оно содержит нити из обычной и тёмной материи, тянущиеся на миллионы световых лет. В этом смысле Вселенная – это гигантская сеть галактических скоплений, связанных между собой примерно так же, как нейронные сети мозга. Эту сеть и называют космической сетью.
Симуляция формирования космической сети от начала времён до сегодняшнего дня
Вселенная внутри Вселенной
Поиски количественно оцениваемого родства между обеими этими сетями были порождены партнёрством нейробиологии и астрофизики. Используя технологии и инструменты из обеих дисциплин, Вацца и Фелетти изучали обе сети в поисках схожих черт, которые можно было бы не только увидеть, но и оценить количественно. Сравнимы ли эти сети, и если да – что это означает?
Исследователи использовали срезы коры головного мозга человека толщиной в 4 мкм. Это верхний слой мозга, отвечающий за обработку языка, информации от органов чувств, мыслей, памяти и сознания. Их сравнивали со «срезами» Вселенной толщиной в 25 мегапарсек (1 парсек равен порядка 3,26 световых лет). Срезы были получены из компьютерной симуляции участка космоса объёмом в миллион кубических мегапарсек. В итоге сравнивались участки мозга и космоса, размеры которых отличались на 27 порядков.
Выборки космической сети и мозга с увеличением в 4, 10 и 40 раз
Слева: срез мозжечка, увеличенный в 40 раз. Фото сделано электронным микроскопом. Справа: часть симуляции космоса линейным размером в 300 млн световых лет.
При изучении срезов их похожесть была очевидной не на всех масштабах. Однако при увеличении тканей мозга в 40 раз исследователи начали замечать сходные структуры. Это увеличение даёт расстояния в 0,01 – 1,6 мм в ткани мозга и в 1-100 Мпк во Вселенной. На таких масштабах сеть нейронов начинает походить на скопления галактик. Более того, похожесть сетей можно измерить и сравнить объективно при помощи двух технологий. Первая – степень связности сети, измеряющая длину связей и связность заданной сети. Радиус центра нейрона, его ядра, гораздо меньше по сравнению с длиной соединяющих его с другими нитей. Второй метод объективного сравнения сетей — коэффициент кластеризации, количественно описывающий плотность структуры, непосредственно прилегающей к каждому узлу сети (нейрону или скоплению галактик), и сравнивающий эту структуру со случайной точкой в сети. Это позволяет сравнить степень организованности обеих сетей.
Вверху приведена реконструкция связей трёх примеров сетей (космическая сеть, мозжечок и кора мозга). Внизу показан график распределения коэффициентов кластеризации и степень связности сетей.
Насколько велика Вселенная
Применив эти техники на выбранном масштабе, Вацца и Фелетти обнаружили «примечательное» сходство мозга и Вселенной. Также они обнаружили, что эти сети похожи друг на друга больше, чем на другие биологические или физические структуры – например, ветви деревьев, динамика формирования облаков или турбулентность воды. Последние имеют фрактальную структуру. Фрактальные узоры самоповторяются и выглядят одинаково на разных масштабах. Вселенная же на разных масштабах выглядит совершенно по-разному. Галактики и звёздные системы вовсе не похожи на космическую сеть, которую они порождают. Мозг тоже не похож на нейронную сеть на других масштабах. Масштаб играет важную роль для самоорганизации этих структур.
Завершили описание открытия учёные «намёком на то, что в результате взаимодействия совершенно различных физических процессов могут появиться сети сходной конфигурации, несмотря на совершенно несоразмерный масштаб систем». Иначе говоря, такие сети, как мозг и Вселенная, могут обладать похожими структурами, будучи совершенно разными по размеру, и сформировавшись благодаря различным процессам (гравитация и биология). Тем не менее, возможно, что они эволюционировали и росли одинаково благодаря каким-то схожим между собой факторам.
Увеличение Мандельброта – фрактальный узор, выглядящий одинаково вне зависимости от масштаба. В отличие от него, мозг и Вселенная на разных масштабах выглядят очень по-разному
Исследователи отметили ещё две интересных параллели между мозгом и космической сетью. Первая – пропорции их составных частей. Мозг на 77% состоит из воды, а космическая сеть примерно на 73% состоит из тёмной энергии. При этом вода и тёмная энергия не являются частями сети, а лишь «пассивным материалом» или пассивной энергией. Возможно, наличие и пропорции пассивного материала и энергии имеют отношение к характерным особенностям формирования сетей. Вторая интересная параллель состоит в том, что объём данных, требуемый для хранения моделей Вселенной, сравним с теоретическим пределом объёма информации, который способен хранить мозг человека. Для симуляции эволюции наблюдаемой части Вселенной на масштабах, на которых наличие космической сети становится очевидным, требуется от 1 до 10 петабайт. Теоретический предел объёма человеческого мозга оценивается в 2,5 петабайта. Теоретически, человек мог бы хранить в своём мозге данные о структуре наблюдаемой Вселенной. Или наоборот, космическая сеть могла бы теоретически хранить данные о жизненном опыте человеческого существа.
Hubble eXtreme Deep Field — детальный снимок небольшого участка пространства, где видно порядка 5500 самых удалённых галактик из всех, что мы видели
Между космической сетью и мозгом есть не только сходства, но и различия. Срезы для изучения были взяты из коры мозга, но мозг не однороден. Разные его части имеют разную структуру, предназначенную для выполнения разных задач. При этом характерной особенностью Вселенной является её однородность по всем направлениям. Связи между нейронами мозга служат для передачи информации от органов чувств, а по связям частей Вселенной передаются только энергия и материя. Вацца и Фелетти надеются, что их исследование вдохновит на разработку более мощных алгоритмов, которые позволят найти ещё больше сходства между мозгом и Вселенной. Возможно, мы узнаем о тех условиях, что заставляют две этих сети, родившихся благодаря совершенно разным условиям, так сильно напоминать друг друга.
Все мы слышали рассказ Карла Сагана о том, что наши тела состоят из звёздной материи. Теперь мы начинаем понимать, что и схема нашего мозга напоминает россыпь звёзд. Внутри вашей головы находится целая вселенная связей, способная дотянуться изнутри вовне, до другой Вселенной, её породившей. Миллиарды нейронов тянутся к миллиардам звёзд – вот вам и духовность.
Изображения симуляции Вселенной и срезов мозговой ткани, использованные в исследовании:
cosmosimfrazza.myfreesites.net/cosmic-web-and-brain-network-datasets
Прим. пер.: идея не нова – см, например, мой перевод от 2017 года «Можно ли считать Вселенную живой?»