研究称,人类大脑的神经元网络与宇宙网络有相似之处

2022-02-26 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:164 /
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在本周发表在《物理学前沿》杂志上的一篇论文中,来自意大利的研究人员阿朵研究了人脑神经元网络和宇宙星系网络之间的相似性。Top:神经元和神经胶质细胞。下图:宇宙的千年模拟。影像学分:宾夕法尼亚大学医学院脑损伤与修复中心/ Springel等。人脑是一个复杂的时间和空间多尺度结构,其......

在本周发表在《物理学前沿》杂志上的一篇论文中,来自意大利的研究人员阿朵研究了人脑神经元网络和宇宙星系网络之间的相似性。

Top: neurons and glial cells. Bottom: the Millennium Simulation of the Universe. Image credit: Center for Brain Injury and Repair, University of Pennsylvania School of Medicine / Springel et al.

Top:神经元和神经胶质细胞。下图:宇宙的千年模拟。影像学分:宾夕法尼亚大学医学院脑损伤与修复中心/ Springel等。

人脑是一个复杂的时间和空间多尺度结构,其中细胞、分子和神经元现象并存。它可以被建模为一个分层网络,其中神经元聚集成电路、列和不同的互连功能区域。

神经元网络的结构允许不同区域之间的联系,所有这些区域都致力于处理其神经元上的特定时空活动,形成认知的物理和生物基础。

根据几十年来收集的大量望远镜数据,宇宙似乎可以用一个叫做λ冷暗物质模型的物理模型来合理地描述,该模型解释了来自普通物质和暗物质的重力、广义相对论描述的不断膨胀的时空以及与空白空间相关联的反重力能量,称为暗能量。

这样的模型目前给出了宇宙结构是如何从膨胀的背景中出现并形成宇宙网的最佳图像。

宇宙网最重要的组成部分是自引力暗物质主导的光环,普通物质在光环中坍塌形成星系。

物质密度波动的初始分布在早期被重力作用放大,并发展成更大的星系团或星系团、细丝、物质片和空隙,在空间的所有方向上形成一个大规模的网络。

尽管上述两个系统中的相关物理相互作用完全不同,但通过显微镜和望远镜技术对它们的观察捕捉到了一种诱人的相似形态,以至于人们经常注意到宇宙网和神经元网看起来很像。

“我们计算了这两个系统的光谱密度,”合著者、博洛尼亚大学的天体物理学家佛朗哥·瓦扎博士说。

"这是宇宙学中经常使用的研究星系空间分布的技术."

“我们的分析表明,在1微米到0.1毫米的尺度上,小脑神经元网络内波动的分布遵循宇宙网中物质分布的相同进展,但当然,在更大的尺度上,从500万光年到5亿光年。”

瓦扎博士和他的同事维罗纳大学神经外科医生阿尔贝托·费莱蒂也计算了一些表征神经元网络和宇宙网络的参数:每个节点中的平均连接数,以及在网络中相关中心节点中聚集几个连接的依赖性。

“结构参数再次确定了意想不到的一致水平,”费莱蒂博士说。

“很可能,尽管调节星系和神经元的物理力量之间存在显著的差异,但这两个网络内部的连通性遵循相似的物理原理进化。”

“这两个复杂的网络比宇宙网和星系或神经元网络和神经元体内的网络更相似。'

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F.瓦扎& ampa .费莱蒂。神经元网络和宇宙网络之间的定量比较。前面。Phys,2020年11月16日在线发布;doi: 10.3389/fphy.2020.525731


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