In un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Frontiers of Physics, un duo di ricercatori italiani ha studiato le somiglianze tra la rete di neuroni nel cervello umano e la rete cosmica di galassie

Il cervello umano è una complessa struttura multiscala temporale e spaziale in cui coesistono fenomeni cellulari, molecolari e neuronali. Può essere modellato come una rete gerarchica, in cui i neuroni si raggruppano in circuiti, colonne e diverse aree funzionali interconnesse. La struttura della rete neuronale consente il collegamento tra diverse aree, tutte dedicate all’elaborazione di specifiche attività spaziotemporali sui loro neuroni, formando la base fisica e biologica della cognizione. L’Universo, secondo l’ampia raccolta di dati del telescopio raccolta nel corso di molti decenni, sembra essere ragionevolmente ben descritto da un modello fisico chiamato Lambda Cold Dark Matter model, che tiene conto della gravità dalla materia ordinaria e oscura, per l’espansione dello spazio-tempo (descritto dalla relatività generale, e per l’energia antigravitazionale associata allo spazio vuoto, chiamata energia oscura). Tale modello attualmente fornisce la migliore immagine di come le strutture cosmiche sono emerse dallo sfondo in espansione e hanno formato la rete cosmica.

Rete cosmica
In alto: neuroni e cellule gliali. In basso: la simulazione dell’universo. Credit: Center for Brain Injury and Repair, University of Pennsylvania School of Medicine / Springel et al .

Il cosmo

Gli elementi costitutivi più importanti della rete cosmica sono gli aloni auto gravitanti dominati dalla materia oscura, in cui la materia ordinaria è collassata per formare galassie. La distribuzione iniziale delle fluttuazioni di densità della materia è stata amplificata all’inizio dall’azione della gravità e si è sviluppata in gruppi o ammassi più grandi di galassie, filamenti e vuoti, in una rete su larga scala in tutte le direzioni nello spazio. Sebbene le interazioni fisiche rilevanti nei due sistemi di cui sopra siano completamente diverse, la loro osservazione attraverso tecniche microscopiche e telescopiche ha catturato una stuzzicante morfologia simile, al punto che è stato spesso notato che la rete cosmica e la rete dei neuroni si assomigliano.

La mappa 3D dell'Universo
La mappa 3D dell’Universo. Credit: Istituto perimetrale di fisica teorica / YouTube

Abbiamo calcolato la densità spettrale di entrambi i sistemi“, ha detto il coautore Dr. Franco Vazza, astrofisico presso l’Università di Bologna. “Questa è una tecnica spesso impiegata in cosmologia per studiare la distribuzione spaziale delle galassie“. “La nostra analisi ha mostrato che la distribuzione della fluttuazione all’interno della rete neuronale del cervelletto su una scala da 1 micrometro a 0,1 mm segue la stessa progressione della distribuzione della materia nella rete cosmica ma, ovviamente, su una scala più ampia che va da 5 da milioni a 500 milioni di anni luce“.

Universo primordiale
Rappresentazione artistica dell’universo primordiale.
Credit: ESA / Hubble, M. Kornmesser e NASA

La rete neuronale e quella cosmica

Il dottor Vazza e il suo collega, il neurochirurgo dell’Università di Verona Alberto Feletti, hanno inoltre calcolato alcuni parametri che caratterizzano sia la rete neuronale che la rete cosmica: il numero medio di connessioni in ciascun nodo e la tendenza a raggruppare più connessioni in nodi centrali rilevanti all’interno della rete. “Ancora una volta, i parametri strutturali hanno identificato livelli di accordo inaspettati“, ha detto il dott. Feletti. “Probabilmente, la connettività all’interno delle due reti si evolve seguendo principi fisici simili, nonostante la differenza evidente tra i poteri fisici che regolano galassie e neuroni“.

Riferimenti:

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