Galassie e neuroni, un confronto tra il cervello umano e il cosmo

Un nuovo studio condotto dall’astrofisico Franco Vazza dell’Università di Bologna e Alberto Feletti – neurochirurgo dell’Università di Verona – hanno messo a confronto due dei sistemi più impegnativi e complessi presenti in natura: la rete cosmica delle galassie e la rete di cellule neuronali nel cervello umano. La loro analisi quantitativa, che si trova all’incrocio tra cosmologia e neurochirurgia, suggerisce che diversi processi fisici possono costruire strutture caratterizzate da livelli simili di complessità e auto-organizzazione.

Il cervello umano funziona grazie alla sua ampia rete neuronale che si ritiene contenga circa 69 miliardi di neuroni. D’altra parte, l’universo osservabile può contare su una rete cosmica di almeno 100 miliardi di galassie. All’interno di entrambi i sistemi, solo il 30% delle loro masse è composto da galassie e neuroni. All’interno di entrambi i sistemi, galassie e neuroni si dispongono in lunghi filamenti o nodi tra i filamenti. Infine, all’interno di entrambi i sistemi, il 70% della distribuzione di massa o energia è composta da componenti che giocano un ruolo apparentemente passivo: acqua nel cervello e materia oscura nell’Universo.

La strana somiglianza tra cosmo e cervello umano

Partendo dalle caratteristiche condivise dei due sistemi, i ricercatori hanno confrontato una simulazione della rete di galassie con sezioni della corteccia cerebrale e del cervelletto. L’obiettivo era osservare come le fluttuazioni della materia si diffondano su scale così diverse. Il calcolo della densità spettrale ha mostrato che la distribuzione della fluttuazione all’interno della rete neuronale del cervelletto su una scala da 1 micrometro a 0,1 millimetri segue la stessa progressione della distribuzione della materia nella rete cosmica, ma ovviamente su una scala più ampia che va da 5 da milioni a 500 milioni di anni luce.

I due ricercatori hanno anche calcolato alcuni parametri che caratterizzano sia la rete neuronale che la rete cosmica: il numero medio di connessioni in ciascun nodo e la tendenza a raggruppare più connessioni in nodi centrali rilevanti all’interno della rete. Stando ai due ricercatori, i parametri strutturali hanno dimostrato che 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. Dunque queste due reti complesse mostrano più somiglianze di quelle condivise tra la rete cosmica e una galassia o una rete neuronale e l’interno di un corpo neuronale.

I risultati di questo studio fondamentale stanno spingendo i ricercatori a pensare che nuove ed efficaci tecniche di analisi in entrambi i campi, cosmologia e neurochirurgia, possano consentire una migliore comprensione delle dinamiche indirizzate alla base dell’evoluzione temporale di questi due sistemi.

Foto di Greg Rakozy da Unsplash