Francesca Biagioli Le straordinarie somiglianze tra cervello e universo emerse da uno studio che ha confrontato questi due sistemi enigmatici e complessi
Cosa hanno in comune il cervello umano e l’universo? Molto più di quanto potremmo pensare. Un nuovo studio, tutto italiano, ha trovato somiglianze davvero sorprendenti tra la rete cosmica delle galassie e la rete dei neuroni della corteccia cerebrale.
Il funzionamento e le dinamiche con cui lavora il cervello umano rimangono, a tutt’oggi, uno dei punti interrogativi più grandi su cui lavorano gli scienziati, almeno tanto quanto fanno gli astrofisici per scoprire i segreti reconditi dell’universo che ci ospita.
Ma che correlazione ci potrebbe essere tra questi due sistemi enigmatici e complessi? Ad indagare e a trovare le somiglianze sono stati Franco Vazza, astrofisico dell’Università di Bologna e Alberto Feletti, neurochirurgo dell’Università di Verona.
Nello studio, pubblicato su Frontiers in Physics, i ricercatori hanno indagato sull’organizzazione interna della rete delle galassie che compongono l’Universo e della rete dei neuroni presente all’interno del nostro cervello. L’obiettivo era osservare come le fluttuazioni di materia si distribuiscono su scale tanto diverse.
I risultati mostrano delle somiglianze sorprendenti, e non solo se confrontiamo un singolo neurone umano con un ammasso di galassie.
Nonostante la grandezza dei due sistemi sia evidentemente ben diversa e i processi fisici con cui si sono formati siano anche completamente differenti, in qualche modo le strutture del cervello e dell’universo, in quanto a complessità e auto-organizzazione, risultano simili.
Non è che il nostro cervello sia come un piccolo universo o che l’universo sia un cervello di dimensioni enormi ma, secondo quanto sostengono gli scienziati, le loro dinamiche interne sono simili.
Di quali somiglianze si tratta? Le funzioni del cervello umano sono determinate dalla vasta rete dei neuroni (circa 69 miliardi), l’universo invece ha una “rete cosmica” di almeno 100 miliardi di galassie. In entrambi i casi, però, neuroni e galassie occupano una piccola frazione della massa dei due sistemi (meno del 30%).
Un’altra somiglianza sta nel fatto che galassie e neuroni si organizzano in lunghi filamenti, o nodi tra filamenti. Infine, all’interno di entrambi i sistemi, il 70% della massa o distribuzione di energia è costituito da componenti che svolgono un ruolo apparentemente passivo: l’acqua nel cervello e l’energia oscura nell’universo osservabile.
Per trovare le caratteristiche condivise dei due sistemi, i ricercatori hanno confrontato una simulazione della rete galattica con sezioni della corteccia cerebrale e del cervelletto.
“Per entrambi i sistemi abbiamo calcolato lo spettro di potenza: una tecnica standard usata in cosmologia per studiare la distribuzione spaziale delle galassie. Da questa analisi è emerso che la distribuzione delle fluttuazioni nella rete neuronale nel cervelletto, su scale da 1 micrometro fino a 0,1 millimetri, ha lo stesso andamento della distribuzione di materia nel cosmic web, su scale che però vanno da 5 milioni di anni luce fino a 500 milioni di anni luce” ha spiegato il professor Franco Vazza.
Gli studiosi hanno poi calcolato diversi parametri che caratterizzano sia la rete cerebrale che quella cosmica. In particolare si sono concentrati ad analizzare il numero medio di connessioni per nodo e la tendenza a raggruppare molte connessioni all’interno della rete in grossi punti centrali. Si è visto così che anche il raggruppamento e il numero di connessioni provenienti da ciascun nodo erano stranamente simili.
Parole un po’ complicate per chi non è proprio avvezzo alle materie scientifiche ma molto più chiara ed esplicativa è la seguente foto che mette fianco a fianco una sezione di cervelletto e una simulazione cosmologica.
A sinistra: sezione di cervelletto, con fattore di ingrandimento 40x, ottenuto con microscopia elettronica (Dr. E. Zunarelli, Ospedale Universitario di Modena); a destra: sezione di una simulazione cosmologica, con estensione 300 milioni di anni luce di lato (Vazza et al. 2019 A&A)
“Ancora una volta i parametri strutturali hanno individuato livelli di concordanza inaspettati. Probabilmente, la connettività all’interno delle due reti si evolve seguendo principi fisici simili, nonostante la sorprendente ed evidente differenza tra i poteri fisici che regolano le galassie e i neuroni. Queste due reti complesse mostrano più somiglianze di quelle condivise tra la rete cosmica e una galassia o una rete neurale e l’interno di un corpo neuronale” ha dichiarato Alberto Feletti.
Visti i promettenti risultati ottenuti in questo primo studio, i ricercatori sperano ora che, grazie a nuove efficienti tecniche di analisi, sia possibile conoscere meglio le dinamiche profonde con i quali questi sistemi evolvono nel tempo.
Sia l’universo che il nostro cervello rimangono ancora oggi piuttosto misteriosi e il motivo per cui abbiano così tante cose comune è solo l’ultimo, ennesimo enigma da svelare.
Fonti: Università di Bologna / Frontiers in Physics
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