Mózg, czyli kosmiczna tajemnica

Astrofizyk z Uniwersytetu Bolońskiego Franco Vazza i Alberto Feletti, neurochirurg z Uniwersytetu w Weronie porównali sieć komórek neuronowych w ludzkim mózgu z kosmiczną siecią galaktyk. Nie jest tajemnicą, że kosmos i mózg są najbardziej skomplikowanymi istniejącymi systemami występującymi w naturze.

Dość powiedzieć, że szacowana liczba komórek nerwowych w ludzkim mózgu to 86 miliardów, przy maksimum nie przekraczającym 100 mld, czyli mniej więcej tyle, ile gwiazd w każdej z galaktyk (średnio przyjmuje się ok. 100 mld gwiazd na galaktykę, przy obserwowalnej dla nas w kosmosie liczbie dwóch kwintylionów, czyli dwóch milionów milionów galaktyk).

Czy jednak podobieństwa to tylko cyferki z doczepiona do nich niewyobrażalną dla laika liczba zer? Oba byty są przecież systemami, czyli zorganizowanymi sieciami. Nie jest istotne jedynie, ile w tych sieciach węzłów, ale także, jak, czym i w jakim stopniu są one ze sobą połączone. Dla mózgu – i w ogóle ośrodkowego układu nerwowego – będą to synapsy, chemiczno-elektryczne połączenia funkcjonalne miedzy neuronami. We wszechświecie to by były wzajemne oddziaływania, np. grawitacyjne, galaktyk na siebie nawzajem.

Złożoność i zdolność do samoorganizacji – oto cechy systemów. Temu właśnie postanowili się przyjrzeć wspólnie włoscy uczeni reprezentujący dziedziny zdawałoby się zupełnie nieprzystawalne, jak astronomia i neurobiologia. Wyniki swych analiz i refleksji opublikowali w najnowszym numerze czasopisma „Frontiers in Physics”.

Choć zatem między wielkością „w metrach” poznawalnego dla nas wszechświata a ludzkiego mózgu różnica wynosi 27 rzędów wielkości (czyli 27 zer po prawej stronie jedynki na korzyść Kosmosu), systemy te daje się ze sobą porównywać właśnie pod kątem złożoności i mechaniki funkcjonowania. Przeprowadzona analiza ilościowa z pogranicza kosmologii i neurochirurgii sugeruje, że różnorodne procesy fizyczne mogą tworzyć struktury charakteryzujące się podobnym poziomem złożoności i samoorganizacji. Jak opisują to sami autorzy: „Kuszący stopień podobieństwa, który ujawnia nasza analiza, wydaje się sugerować, że samoorganizacja obu złożonych systemów jest prawdopodobnie kształtowana przez podobne zasady dynamiki sieci, pomimo radykalnie różnych skal i zachodzących procesów”.

Jak ustalili włoscy uczeni, w obu systemach tylko 30 proc. ich masy składa się z „konkretnej materii”, czyli ciał niebieskich, materii międzygwiezdnej, wolnych atomów i fotonów, w mózgu zaś – neuronów. W obu też systemach aż 70 proc. rozkładu masy lub energii składa się z komponentów odgrywających pozornie bierną rolę: wody w mózgu i ciemnej energii w obserwowalnym Wszechświecie. Wreszcie w obu systemach, tak galaktyki jak i neurony układają się w długie włókna lub węzły między nimi. Obliczyli oni również niektóre parametry charakteryzujące tak sieć neuronową, jak i kosmiczną: średnią liczbę połączeń w każdym węźle oraz tendencję do grupowania kilku połączeń w odpowiednich centralnych węzłach sieci. I uzyskane wartości były aż zanadto podobne.

Wychodząc od wspólnych cech obu systemów, naukowcy porównali także sieć galaktyk z wycinkami mikroskopowymi kory mózgowej i móżdżku. Celem było zaobserwowanie, jak fluktuacje materii rozpraszają się w tak różnych skalach.

Jak wyjaśnia dla portalu phys.org Franco Vazza: „Obliczyliśmy gęstość widmową obu układów. Jest to technika często stosowana w kosmologii do badania przestrzennego rozmieszczenia galaktyk. Nasza analiza wykazała, że rozkład fluktuacji w obrębie sieci neuronowej móżdżku w skali od 1 mikrometra do 0,1 milimetra podąża z tym samym postępem, co rozkład materii w sieci galaktyk, ale oczywiście na większą skalę, sięgającą od 5 do 500 milionów lat świetlnych”.

Z publikacji na łamach „Frontiers in Physics” wynika zatem, że prawdopodobnie związki pomiedzy obiektami w obu sieciach ewoluują zgodnie z podobnymi zasadami fizycznymi, pomimo uderzającej i oczywistej różnicy między siłami fizycznymi regulującymi galaktyki i neurony. Co Alberto Feletti na łamach phys.org podsumowuje: „Te dwie złożone sieci wykazują więcej podobieństw pomiędzy sobą niż jest podobieństw pomiędzy kosmosem a pojedynczą galaktyką czy siecią neuronową a wnętrzem pojedynczego neuronu”.

Jakie można postawić dalsze pytania, skoro są podobieństwa, przy zachowaniu różnicy skali i różnicy znanych nauce sił i energii operujących w obu tych fizycznych światach, jakimi jest ludzki mózg i kosmos? Chyba jest szansa, o ile kontynuować tego typu przedziwne interdyscyplinarne analizy, na lepsze zrozumienie ukierunkowanej dynamiki leżącej u podstaw ewolucji tych dwóch systemów w czasie. Nie jest bowiem tajemnicą, że oba systemy są w czasie zmienne. Wszechświat się rozszerza, a mózg rośnie (tak w rozwoju osobniczym, jak i w wyniku zmian ewolucyjnych w obrębie naczelnych, do których należy człowiek współczesny). Okazuje się, że mózg jest kosmiczny bardzo dosłownie, a nie wyłącznie, gdy chcemy zbudować jakieś bardzo obrazowe porównanie podczas lekcji biologii o układzie nerwowym człowieka.

Nie ma się już zatem co dziwić, że jeden z laureatów tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki, za odkrycie czarnych dziur, matematyk Roger Penrose prowadzi szeroko zakrojone badania nad ludzką świadomością – jej fizycznym, czy wręcz matematycznym podłożem. Być może dziś neurobiolodzy sobie z tego pod nosem nieco drwią, ale jutro?

#kosmos #mózg #uniwersytet #astronomia #galaktyka #neurony