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- Categoria: Scienze 2020
- Pubblicato: Martedì, 17 Novembre 2020 16:40
Un astrofisico e un neurochirurgo hanno messo a confronto la rete cosmica con la rete dei neuroni della corteccia cerebrale
Cervello umano e galassie:
sorprendentemente simili
A sinistra, sezione di cervelletto con fattore di ingrandimento 40x, ottenuto con microscopia elettronica (credit: E. Zunarelli, Ospedale Universitario di Modena); a destra, sezione di una simulazione cosmologica, con estensione 300 milioni di anni luce di lato (credit: Vazza et al. 2019 A&A)
17.11.20 - Enigmatici, lontanissimi tra loro ma così simili... Sono i due sistemi più complessi che esistono in natura: la rete delle galassie che compongono l’Universo e la rete dei neuroni all’interno del cervello umano. Il confronto ha dato vita ad una inconsueta indagine sfociata in un intrigante studio condotto dall’astrofisico dell’Università di Bologna Franco Vazza e dal neurochirurgo dell’Università di Verona Alberto Feletti.
Nonostante l’enorme differenza di scala dei due sistemi, i risultati della ricerca quantitativa – a metà tra cosmologia e neurochirurgia – suggeriscono che processi fisici completamente diversi possono formare strutture con livelli di complessità e di auto-organizzazione sorprendentemente simili.
Le funzioni del cervello umano sono determinate dalla vasta rete dei neuroni, che si stima siano circa 69 miliardi. L’Universo visibile è invece segnato da una "rete cosmica" (cosmic web) di almeno 100 miliardi di galassie. In entrambi i casi, però, galassie e neuroni occupano solo una piccola frazione della massa dei due sistemi: meno del 30%. In entrambi i casi, galassie e neuroni si organizzano in lunghi filamenti, o nodi tra filamenti. E in entrambi i casi, circa il 70% della distribuzione di massa o energia dei due sistemi è formata da componenti che hanno un ruolo apparentemente passivo: acqua nel caso del cervello, energia oscura per l’Universo osservabile.
I due studiosi sono partiti da queste caratteristiche comuni mettendo a confronto da un lato una versione simulata della rete di galassie e dall’altro sezioni di corteccia cerebrale e di cervelletto. L’obiettivo era osservare come le fluttuazioni di materia si distribuiscono su scale tanto diverse.
"Per entrambi i sistemi abbiamo calcolato lo spettro di potenza: una tecnica standard usata in cosmologia per studiare la distribuzione spaziale delle galassie", spiega Franco Vazza. Aggiunge: "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".
Non è tutto. Gli studiosi hanno calcolato anche diversi parametri che caratterizzano sia la rete cerebrale sia quella cosmica: il numero medio di connessioni per nodo e la tendenza a raggruppare molte connessioni in grossi punti centrali all'interno della rete.
"Anche in questo caso, i parametri strutturali mostrano un inaspettato livello di accordo: probabilmente la connettività delle due reti evolve secondo principi fisici simili, nonostante le forze fisiche che regolano le interazioni tra galassie e neuroni siano ovviamente del tutto diverse", sottolinea Alberto Feletti. "C'è una maggiore somiglianza tra la struttura di queste due reti complesse che tra la rete cosmica e una singola galassia, oppure tra la rete neuronale e l'interno di un corpo neuronale".
A partire dai promettenti risultati ottenuti in questo primo lavoro esplorativo, gli studiosi sperano ora che nuove efficienti tecniche di analisi – sia nel campo della cosmologia sia in quello della neurochirurgia – possano permettere di conoscere meglio le dinamiche profonde con le quali questi due affascinanti sistemi evolvono nel tempo.
Lo studio è stato pubblicato su Frontiers of Physics con il titolo "The quantitative comparison between the neuronal network and the cosmic web". (red)
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