В ноябре 2020 года некоторые информационные агентства сообщили об интересном совместном исследовании астрофизиков… и нейрохирургов: так, РИА НОВОСТИ (НАУКА) сообщило об этом 17.11.2020 под заголовком «Ученые обнаружили удивительное сходство между строением мозга и Вселенной ». Цитирую по указанному сообщению (с некоторыми сокращениями):
<<Итальянские ученые сравнили структуру нейронных сетей человеческого мозга с сетью галактик во Вселенной и обнаружили у них множество общих черт. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers of Physics.
Человеческий мозг и Вселенная — две сложнейшие природные системы. Астрофизик Франко Вацца (Franco Vazza) из Болонского университета и Альберто Фелетти (Alberto Feletti), нейрохирург из Университета Вероны предположили, что, несмотря на огромную разницу в масштабе — более 27 порядков, — физические процессы, которые привели к структурированию материи в этих системах, действовали по одним и тем же законам. В итоге сформировались структуры с одинаковыми уровнями сложности и самоорганизации.
Человеческий мозг функционирует благодаря наличию обширной нейронной сети, насчитывающей около 69 миллиардов нейронов. Наблюдаемая Вселенная, в свою очередь, состоит минимум из 100 миллиардов галактик. Нейроны и галактики, расположенные в виде длинных нитей и узлов, составляют только около 30 процентов массы систем, а 70 процентов приходятся на компоненты, играющие пассивную роль, — воду в мозге и темную энергию в наблюдаемой Вселенной.
Исходя из общих черт, исследователи составили сравнительную модель флуктуации вещества в обеих системах и изучили их структурные, морфологические и сетевые свойства ».
"Мы рассчитали спектральную плотность двух систем. Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик, — приводятся в пресс-релизе Болонского университета слова Франко Вацца. — Наш анализ показал, что распределение колебаний в нейронной сети мозжечка в масштабе от одного микрометра до 0,1 миллиметра следует той же прогрессии, что и распределение материи в космической паутине, но, конечно, в более крупном масштабе — от 5 до 500 миллионов световых лет".
Ученые также оценили параметры, характеризующие как нейронную сеть, так и космическую паутину, — среднее количество соединений в каждом узле и тенденцию кластеризации нескольких соединений в центральных узлах внутри сети — и снова выявили неожиданно высокие уровни согласования.
"Вероятно, взаимосвязи внутри этих сетей развиваются по схожим физическим принципам, несмотря на поразительную и очевидную разницу между физическими силами, регулирующими распределение галактик и нейронов", — объясняет Альберто Фелетти.
"Удивительная степень сходства, которую демонстрирует наш анализ, предполагает, что самоорганизация обеих сложных систем, вероятно, формируется в соответствии с теми же принципам сетевой динамики", — пишут авторы статьи. <…> >>
***
Сама статья итальянских учёных, о которой идёт речь, называется « The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web » («Количественное сравнение нейронной сети и космической паутины»). В аннотации авторы пишут (перевод с сокращениями):
« Мы исследуем сходство между двумя наиболее выдающимися и сложными системами в природе: сетью нейрональных клеток в человеческом мозге и космической сетью галактик. Мы исследуем структурные, морфологические, сетевые свойства и объем памяти этих двух увлекательных систем с помощью количественного подхода. <…> Дразнящая степень сходства, которую выявляет наш анализ, по-видимому, предполагает, что самоорганизация обеих сложных систем, вероятно, формируется сходными принципами сетевой динамики, несмотря на радикально различные масштабы и процессы в игре ».
В разделе «Обсуждение результатов» авторы пишут (перевод с сокращениями):
«Мы представили детальное сравнение нейронной сети и космической сети, двух самых захватывающих и сложных сетей в природе, с целью объективной оценки уровня сходства между этими двумя физическими системами.
Мы также применили однородные статистические подходы к реальным лабораторным образцам как головного мозга, так и мозжечковой коры (раздел 2.1), а также к срезам моделируемого распределения темной материи и обычного вещества в космической паутине (раздел 2.2) и количественно определили их морфологические и сетевые свойства с помощью спектрального анализа (раздел 3.3), а также сетевые параметры из теории графов (раздел 3.4). В пределах диапазона упрощающих допущений, которые мы использовали для определения обеих сетей (например, на основе близости узлов, идентифицированных из непрерывного распределения материи, отображаемого различными методами визуализации), наши результаты намекают на тот факт, что сходные конфигурации сетей могут возникать из взаимодействия совершенно разных физических процессов, приводя к сходным уровням сложности и самоорганизации, несмотря на драматическое неравенство в пространственных масштабах ( ∼ 10 в степени 27 ) этих двух систем.<…>
Ключевым фронтиром (границей) этого направления сравнительных исследований является возможность измерения емкости памяти обеих сетей, что в настоящее время является сложной задачей из-за радикально различных подходов, доступных в настоящее время для измерения, чтобы контролировать поток информации в них».
И далее авторы приводят важные количественные сравнения объёмов памяти человеческого мозга и необходимого для описания Вселенной объёма информации:
«Интересный факт хорошо иллюстрирует, что возможные сходства также существуют в этом отношении. Общая емкость памяти человеческого мозга была недавно оценена с помощью секционной электронной микроскопии для восстановления трехмерного распределения дендритных шипов и их синапсов и обнаружения 26 различных синаптических сил, что составляет в среднем ∼ 4.7 биты информации на одну нейрональную клетку [ 41 ]. Экстраполируясь на общее среднее число узлов в нейронной сети, это дает ≈ 2 ⋅ 10 в степени 16 бит , т. е., ∼ 2.5 Петабайтов как емкость памяти человеческого мозга . Для космической паутины можно использовать радикально иную идею, основанную на теории информации, чтобы количественно определить, сколько информации кодируется трехмерной структурой космической паутины [ 42 , 43 ]. С помощью вычисления "статистической сложности", характеризующей динамическую эволюцию моделируемых вселенных, было доказано, что ∼ 3.5 ⋅ 10 в степени 16 бит (т. е., ≈ 4.3 Петабайтов памяти) необходимы для хранения информации о космической структуре во всей наблюдаемой Вселенной (т.е. в размере ≈ 13.8 Gpc \Гигапарсек\). (Впрочем,) т акое близкое значения (2.5 и 4.3 Петабайт) могут показаться простым совпадением, если учесть неоднозначность определения обеих сетей, в частности космической сети, — т.е. то, что эти числа известны лишь приблизительно.
Вместе с остальной частью анализа, представленного в этой работе, такие сходства призваны мотивировать разработку более мощных и различающих алгоритмов для точного определения аналогий и различий этих захватывающих воображение систем, почти на мыслимых крайностях пространственных масштабов во Вселенной » .
Примечание: Петаба́йт (ПБ, ПБайт) — единица измерения количества информации , равная 10 15 (квадриллион ) байт .
***
В заключение уместно будет напомнить здесь о связи звёздного неба над головой и нравственности внутри на:
"Категорический императив" Иммануила Канта
"Категорический императив" Иммануила Канта (1724-1804) есть самое блестящее, самое краткое и самое точное высказывание о высшем принципе нравственности и его связи с космосом. Напомню, в кратком виде изречение Канта об этом часто формулируют как " нет ничего прекраснее звёздного неба над нами и нравственного закона внутри нас ". ну а точная цитата такова:
"Две вещи наполняют душу всегда новым и все более сильным удивлением и благоговением, чем чаще и продолжительнее мы размышляем о них, — это звездное небо надо мной и моральный закон во мне" Иммануил Кант
Немного более подробно о "Категорическом императиве" И.Канта вы можете прочитать хотя бы здесь .
***
Дорогие читатели, если статья Вам интересна, не забудьте поставить лайк:)
