הדמיון המבני המוזר בין המוח האנושי ליקום

מאת: Michelle Starr

מקור: Science Alert


אחת המוזרויות המרתקות של היקום היא שניתן למצוא צורות ודפוסים דומים בהקשרים מאד שונים: ניתן לראות את ספירלת הזהב (Golden spiral) בשבלול האנושי ובצורתה של גלקסיה ספירלית; הגיאומטריה הפרקטאלית של הוורידים מהדהדת בהסתעפות הברק.

סימולציה של צביר גלקסיות / Credit: Illustris Simulation

במחקר פיילוט חדש ונועז, אסטרופיזיקאי ונוירוכירורג השתמשו בניתוח כמותי כדי להשוות שתיים מהמערכות המורכבות ביותר בטבע: הרשת העצבית במוח האנושי והרשת הקוסמית של הגלקסיות ביקום. למעשה זו לא השוואה מוזרה כל כך. יכול להיות שראיתם תמונה שמדי פעם משותפת, של נוירון אנושי וסימולציה של צביר גלקסיות, זו לצד זו; השניים נראים דומים להפליא. אבל יש הרבה יותר במוח האנושי - וביקום - מאשר איך שהם נראים.

Credit: Cliff Pickover, Reality Carnival

האסטרופיזיקאי פרנקו ואצה (Franco Vazza), מאוניברסיטת בולוניה באיטליה, והנוירוכירורג אלברטו פלטי (Alberto Feletti), מאוניברסיטת ורונה באיטליה, בילו את השנים האחרונות במחקר שמטרתו לקבוע אם הדמיון עמוק יותר. בשנת 2017 הסבירו במאמר בנאוטילוס:


"גלקסיות יכולות להתקבץ למבנים עצומים (המכונים צביר גלקסיות, צביר-על ונימה גלקטית) הנמתחים לאורך מאות מיליוני שנות אור. הגבול בין מבנים אלה לבין רצועות החלל הריקות השכנות הנקראות חללים קוסמיים (Cosmic voids), יכול להיות מורכב ביותר. גרביטציה מאיצה את החומר בגבולות אלה למהירויות של אלפי קילומטרים לשנייה, ויוצרת גלי הלם וזרימה טורבולנטית בגזים הבין-גלקטיים. חזינו שגבול החלל-נימה הגלקטי הוא אחד הנפחים המורכבים ביותר ביקום, כפי שנמדד במספר סיביות המידע שנדרש כדי לתאר אותו. זה גרם לנו לחשוב: האם הוא מורכב יותר מהמוח?"


שני סוגי המבנים שונים זה מזה ב-27 סדרי גודל (זה מיליארד מיליארד מיליארד). אך תוצאות הצוות מצביעות על כך שלמרות שהתהליכים הפיזיים המניעים את מבנה היקום ומבנה המוח האנושי שונים מאוד, הם יכולים להגיע לרמות דומות של מורכבות וארגון עצמי, אמרו החוקרים.


נקודת המוצא הייתה עבודה על קווי הדמיון בין השניים. במוח הקטן יש כ-69 מיליארד נוירונים; הרשת הקוסמית הנצפית מכילה מעל 100 מיליארד גלקסיות. זה הראשון.


שתי המערכות מסודרות ברשתות מוגדרות היטב, כאשר צמתים (נוירונים במוח, גלקסיות ביקום) מחוברים באמצעות נימים.


גם לנוירונים וגם לגלקסיות יש רדיוס טיפוסי שהוא רק שבריר מאורך הנימים. וזרימת המידע והאנרגיה בין הצמתים היא רק בסביבות 25 אחוז מהמסה ותכולת האנרגיה של כל המערכת.


בנוסף, ישנם קווי דמיון בין הרכב המוח להרכב היקום. המוח הוא סביב 77 אחוז מים. היקום הוא סביב 72 אחוז אנרגיה אפלה. שניהם הם ככל הנראה חומרים פסיביים המחלחלים למערכת שלהם ומשחקים רק תפקיד עקיף במבנה הפנימי שלה.


לאחר שהוגדרו קווי דמיון אלה, בהמשך ביצע הצוות השוואה כמותית בין השניים, על סמך תמונות. הם השתמשו בתמונות של פרוסות של המוח הקטן וקליפת המוח האנושי בהגדלות שונות, והשוו אותם לסימולציות של הרשת הקוסמית. מה שהם חיפשו היו קווי דמיון בתנודות צפיפות החומר בין המוח לרשת הקוסמית. והם גילו כי הפְּרִישָׂה היחסית של התנודות בשתי המערכות דומה להפליא - אם כי בקנה מידה שונה בהרבה.

סימולציה של רשת קוסמית של 300 שנות אור (מימין) ופרוסה של המוח הקטן בהגדלה פי 40 (משמאל) / (University of Bologna)

"חישבנו את צפיפות הספקטרום של שתי המערכות. זו טכניקה המשמשת לעתים קרובות בקוסמולוגיה לחקר הפרישה המרחבית של הגלקסיות, הניתוח שלנו הראה כי פרישת התנודות ברשת העצבים המוחית, בקנה מידה של מיקרומטר אחד ל 0.1 מילימטר, עוקבת אחר אותה התקדמות של פרישת החומר ברשת הקוסמית, אך, כמובן, בקנה מידה גדול יותר שנע מ-5 מיליון עד 500 מיליון שנות אור."


אבל זה לא הכל.


הצוות בדק מאפיינים מורפולוגיים אחרים, כגון מספר הנימים המחוברים לכל צומת. ברשת הקוסמית, בהתבסס על דגימה של 3,800 עד 4,700 צמתים, היו בממוצע 3.8 עד 4.1 חיבורים לכל צומת. בקליפת המוח האנושי, בהתבסס על דגימה של 1,800 עד 2,000 צמתים, היו 4.6 עד 5.4 חיבורים בממוצע לכל צומת. בנוסף, שתי המערכות הראו נטייה לחיבורי צבירים סביב צמתים מרכזיים. ונראה שלשניהם יש נפח מידע דומה.

ניגודיות צפיפות מנורמלת, פרוסות המוח הקטן (למעלה), קליפת המוח (באמצע) ופרישת החומר האפל של הרשת הקוסמית (למטה)

מחקר שנערך לאחרונה מעלה כי נפח הזכרון של המוח האנושי הוא סביב 2.5 פטה-בייט. מחקר אחר שנערך לאחרונה, על ידי פרנקו ואצה מציע כי קיבולת הזיכרון הנדרשת לאחסון המורכבות של היקום היא סביב 4.3 פטה-בייט.


"באופן די גס", כתבו החוקרים בשנת 2017, "הדמיון בנפח הזיכרון פירושו שכל גוף המידע המאוחסן במוח אנושי (למשל, כל חווית החיים של אדם) יכול גם להיות מקודד לפרישה של גלקסיות ביקום שלנו". זה לא אומר שהיקום הוא מוח או שהוא מסוגל לחישה. אבל זה כן רומז שהחוקים השולטים בצמיחת המבנים של שניהם יכולים להיות זהים.


על פי מאמר משנת 2012 שהתבסס על סימולציות, הרשת הסיבתית (Causal network), המייצגת את המבנה רחב ההיקף של המרחב-זמן ביקום המאיץ שלנו, היא גרף חוק כוח (power-law graph) הדומה להפליא למוח האנושי.


מחקרים כמו זה, של ואצה ופלטי, יכולים לסלול את הדרך להבנה טובה יותר של החוקים האלה.


"שוב, פרמטרים מבניים גילו רמות התאמה בלתי צפויות. ככל הנראה, הקישוריות בשתי הרשתות מתפתחת באמצעות עקרונות פיזיקליים דומים, למרות ההבדל הבולט והברור בין הכוחות הפיזיים המסדירים גלקסיות ונוירונים", אמר פלטי.


"שתי רשתות מורכבות אלה מראות יותר קווי דמיון מאלו המשותפות בין הרשת הקוסמית לגלקסיה או בין הרשת העצבית לתוכו של גוף עצבי."


495 צפיות0 תגובות