神经科学与天体物理学:人脑与宇宙相似吗?

神经元细胞和宇宙网络

左:小脑部分,用电子显微镜获得放大因子40x(摩德纳大学Zunarelli博士);右:宇宙模拟的一部分,每侧延长3亿光年(Vazza等,2019 A&A)。信誉:博洛尼亚大学

他们的论文发表了物理前沿,佛朗哥·瓦扎达(博洛尼亚大学的天体物理学家)和Alberto Feletti(维罗纳大学的神经外科医生)调查了自然界中最具挑战性和复杂系统中的两个最具挑战性和复杂系统之间的相似之处:星系的宇宙网络和神经元细胞网络人脑。

尽管两个网络之间的规模差异很大(超过27幅度),但它们坐在宇宙学和神经外科的十字路口的定量分析,表明各种物理过程可以构建特征的结构,其特征在于复杂性和自我组织。

人类大脑的功能得益于其广泛的神经元网络,据认为,该网络包含约690亿个神经元。另一方面,可观测的宇宙可以依靠至少1000亿个星系组成的宇宙网。在这两个系统中,只有30%的质量是由星系和神经元组成的。在这两个系统中,星系和神经元都将自己排列成长丝状或丝状之间的节点。最后,在这两个系统中,70%的质量或能量分布是由明显扮演被动角色的成分组成的:大脑中的水和可观测宇宙中的暗能量。

从这两个系统的共同特征开始,研究人员比较了星系网络的模拟到脑皮质和小脑的部分。目标是观察如何对这种多种规模分散的波动。

“我们计算了两个系统的光谱密度。这是宇宙学中研究星系空间分布时常使用的一种技术。”佛朗哥·瓦扎解释道。“我们的分析表明,波动的分布在小脑神经元网络规模从1微米到0.1毫米遵循相同的过程的物质的分布在宇宙网络,但当然,在更大的规模,从500万年到5亿年光年”。

两位研究人员还计算了一些表征神经元网络和宇宙网络的参数:每个节点的平均连接数以及网络中相关中心节点的几个连接聚集的趋势。

“结构参数再次确定了出乎意料的协议水平。也许,尽管调节星系和神经元的物理力量存在显著和明显的差异,但这两个网络内部的连通性遵循着相似的物理原则。”Alberto Feletti补充道。“这两个复杂的网络显示出了更多的相似之处,而不是宇宙网络和星系或神经元网络和神经元体内的相似之处。”

这项试点研究的令人鼓舞的结果正在提示研究人员认为,在各地,宇宙学和神经外科的新的和有效的分析技术将允许更好地理解这两个系统的时间演变的路线动态。

这项研究发表在物理前沿标题“神经元网络与宇宙网之间的定量比较”。它的作者是来自博洛尼亚大学的物理学和天文学系的Franco Vazza,来自神经科学系的Alberto Feletti,Biomedicine和Verons大学的运动。

参考:“神经元网络与宇宙网之间的定量比较”由F.Vazza和A. Feletti,11月16日,11月16日,物理前沿
DOI: 10.3389 / fphy.2020.525731

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