科學與靈性相容，這是一個深刻的精神來源。當我們認識到自己在浩瀚的宇宙和歲月的流逝中所處的位置，當我們領會到生命的複雜、美麗和微妙時，那種升華的感覺，那種欣喜和謙卑的結合，無疑是精神上的。——卡爾·薩根《惡魔出沒的世界》
在了解宇宙的過程中，正如薩根所描述的那樣，當我們更好地理解我們與更廣闊的萬物之間的聯繫時，我們感到了精神上的升華。就像當我們第一次知道我們是由星星的灰燼組成的（我體內的原子通過超新星傳播到永恆的太空中）。第一次看到這張照片將是另一個精神上的時刻：
充滿突觸連接的海馬鼠神經元(黃色)大腦中的一個神經元與星系團及其相連的物質和暗物質放在一起。相似之處一目了然。這是否意味著，我們的大腦可能也是整個宇宙。但是這些圖像之間的相似性可能僅僅是一種不存在的錯覺（感知相似），但實際上並不存在。畢竟，考慮到兩者之間巨大的規模差異，它們怎麼會有相似之處呢？但是，如果除了大腦中的神經元網絡和宇宙中的星系網絡之間的視覺相似性，一種客觀的測量方法可以比較它們到底有多相似。這就是博洛尼亞大學的天體物理學家弗朗哥·瓦扎和維羅納大學的神經外科醫生阿爾貝託·費雷蒂在《物理前沿》上發表的發現。
人腦實際上是宇宙中已知的最複雜的結構之一。人腦中有大約800億個神經元，這些細胞處理來自感官的輸入，並通過神經系統向身體發送信號。神經元也是聯網的，通過軸子和樹突相互交流。神經元之間有大約100萬億個連接，形成了神經網絡，創造了你是誰。
宇宙也是聯網的。雖然我們可能認為空間是被大片「真空」隔開，但情況並非完全如此。我們用科學設備看到的宇宙被稱為「可觀測宇宙」，其直徑約為900億光年，包含數千億到數萬億個星系。這些星系，像我們的銀河系一樣，聚集了數十億顆恆星，它們自己也組成了星系團。我們的銀河系是「本星系群」的一部分，本星系群包括鄰近的仙女座星系和三角座星系以及其他50個星系。這些星系是室女座超星系團的一部分。星系群和星團之間的空間並不是空的，而是由普通物質和暗物質組成的，綿延數百萬光年。這樣，宇宙可以被認為是一個巨大的星系團網絡，所有的星系團都相互連接，類似於大腦中的神經網絡。
宇宙中的宇宙
在神經科學和天體物理學的合作下，這項尋找這兩個網絡可量化相似性的研究誕生了。使用來自這兩個學科的技術和工具，瓦茲和費拉提研究了這兩個網絡，發現除了視覺上的相似性之外，還有可量化的相似性。這些網絡具有可比性嗎？如果有，這意味著什麼？
研究人員使用了4微米厚的人類皮層（大腦的外層），負責處理語言、感覺信息、思維、記憶和意識。這些數據與計算機模擬的2500百萬秒差距厚的宇宙「切片」進行了比較（1秒差距約為3.26光年）。大腦和宇宙的切片在厚度上是相對可比的，因為兩者的大小相差27個數量級。
宇宙網絡和大腦樣本的放大倍數，分別為4倍，10倍和40倍。根據切片大小的不同，結構上的相似性並不總是很明顯。但在腦組織放大40倍後，研究人員開始看到結構上的相似性。40倍的放大倍數代表大腦中0.01-1.6毫米的比例，宇宙中1 -100百萬秒差距的距離。在這裡，神經元網絡看起來像星系團。此外，兩種技術可以客觀地測量和比較網絡的相似性。第一個是「網絡度中心性」，它度量給定網絡中網絡連接的長度和連接程度。神經元的核或中心的半徑比連接軸子和樹突的長度要小得多。第二種客觀比較兩個網絡的方法是「聚類係數」，它量化每個連接節點（神經元或星系團）的鄰近結構的數量，並將該結構與網絡中的一個隨機點進行比較。這種比較對比了兩個網絡中的組織性和隨機性。
上面圖層：放大我們樣本中三個網絡示例的節點間重建連接的細節（藍色線條，疊加在密度對比圖上）。藍色線條：各片的聚類係數和度中心性分布。運用這些技術，瓦茲和費拉提發現大腦和宇宙之間有「顯著的」相似之處。他們還發現，與其他生物和物理結構（包括樹枝、雲的形成動力學或水的湍流）相比，這些網絡更像彼此。這些其他結構在本質上是分形的。分形圖案是自我重複的，無論你觀察它們的尺度如何，它們看起來都是一樣的。相比之下，宇宙在小尺度和大尺度下看起來完全不同。同樣，在不同尺度下觀察，大腦也不再像神經網絡。就如何組織自身而言，規模本身可能對這些結構的創建很重要。
研究人員總結說，他們的發現暗示了一個事實，即儘管這兩個系統在空間尺度上存在巨大差異，但通過完全不同的物理過程的相互作用，可以產生相似的網絡配置，從而產生相似的複雜性和自組織能力。換句話說，像大腦和宇宙這樣的網絡可能擁有相似的結構，但在大小上完全不同，由不同的過程形成（引力和生物學）。
研究人員注意到大腦和宇宙網絡之間還有另外兩個有趣的相似之處。首先是成分比率。大腦77%是水，而同樣的宇宙網絡大約73%是暗能量。水和暗能量不是網絡本身的一部分，而是被認為是「被動式材料」或被動式能源。被動式材料/能源的存在和比例可能與這些網絡的形成有關。第二個令人著迷的相似之處是，繪製模擬宇宙模型所需的計算機數據量與人腦的理論記憶存儲極限相當。據估計，人腦的總存儲容量約為2.5 pb。理論上，人類可以將可觀測宇宙的大部分結構儲存在大腦中。或者，更令人驚訝的是，宇宙網絡理論上可以存儲人類一生經歷的數據。
除了相似之處，宇宙網絡和大腦之間也有不同之處。雖然使用的大腦樣本來自大腦皮層，但整個大腦並不是統一的。大腦的不同部分為不同的目的而構造，而宇宙的一個關鍵特徵是它在幾乎所有方向上的均勻性。大腦神經元之間的連接是用來傳輸感覺信息的，而宇宙中的連接只傳輸能量和物質。瓦茲和費拉提希望他們的研究能激發更強大算法的發展，從而發現大腦和宇宙之間更多的相似之處。也許我們會了解到，是什麼條件導致兩個由完全不同的過程產生的網絡如此相似。
我們聽過卡爾·薩根描述我們的身體是如何由恆星構成的。現在我們開始明白，我們的大腦可能也有類似的模式。一個完整的宇宙在你的頭腦中，一個宇宙中的宇宙，一個能夠延伸到另一個產生它的宇宙的宇宙。數以億計的神經元接觸著數以億計的星星，當然這是精神上的。