人類的大腦網絡與宇宙星系網絡有什麼相似之處？可能有的人認為這沒有可比性，有的認為，宇宙本身就是一個極為巨大的腦。科學家們也在努力了解這個問題。
最近，義大利博洛尼亞大學的一位天體物理學家和德國維羅納大學的一名神經學家，將人腦中神經元細胞的網絡與星系的宇宙網絡進行了比較……結果出現了令人驚訝的相似之處。該研究結果論文，題為：「神經網絡與宇宙網絡之間的定量比較」，剛剛發表在《物理學前沿》上。
天體物理學家Franco Vazza和神經學家Alberto Feletti在論文中研究了自然界中最具挑戰性和複雜性的這兩個系統之間的相似性：宇宙的星系網絡與人的人腦中神經元細胞網絡。如圖所示，左：通過電子顯微鏡獲得的小腦切片，放大倍數為40倍；右：宇宙學模擬的一部分，每側代表3億光年。
儘管兩個網絡之間的規模差異很大，超過了27個數量級，但對宇宙網絡和神經網絡的交叉點的定量分析表明，不同的物理過程可以具有構建相似程度的複雜性和自我組織結構的能力。
人腦的功能要歸功於其廣泛的神經元網絡，該網絡包含大約1000億個神經元，可觀測的宇宙由至少1000億個星系的宇宙網絡組成。在這兩個系統中，只有30％的質量由星系和神經元組成。
在這兩個系統中，星系和神經元將自己排列在長絲或細絲之間的節點中。最後，在這兩個系統中，質量或能量分布的70％由起到明顯被動作用的成分組成：在大腦中是由水組成，而可觀察到的宇宙是由暗能量組成。
從兩個系統的共同特徵出發，研究人員將銀河網絡與大腦皮層和小腦部分的模擬進行了比較。目的是觀察物質的波動如何分散在如此不同的規模上。
天體物理學家Franco Vazza解釋說。「我們計算了這兩個系統的光譜密度，這是宇宙學中經常用於研究星系空間分布的技術，」 「我們的分析表明，小腦神經元網絡內波動的分布範圍從1微米到0.1毫米，遵循宇宙網中物質分布的相同過程，但是，當然，從（宇宙）的大尺度來說，這是從5百萬至5億光年。」
兩位研究人員還計算了一些表徵神經網絡和宇宙網的參數：每個節點中的平均連接數以及網絡中相關中央節點中的多個連接聚集的趨勢。
「結構參數再次確定了意想不到的協同。儘管調節星系和神經元的物理能力之間存在明顯的差異，但兩個網絡之間的連通性可能會遵循相似的物理發展原理。」 「這兩個複雜的網絡，比起宇宙網和星系之間、或神經元網絡和神經元內部共享網絡之間的相似性更高。」
這項前瞻性研究的令人鼓舞的結果促使研究人員認為，在宇宙學和神經學這兩個領域中，新的有效分析技術將使人們能夠更好地理解這兩個系統隨時間演變背後的路由動力學。
參考：he Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web, Frontiers in Physics (2020).DOI: 10.3389/fphy.2020.525731
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