Los dos sistemas más complejos y desafiantes de la naturaleza, la red cósmica de galaxias y la red de neuronas en el cerebro, poseen un similar sistema de autoorganización moldeado por los principios de la dinámica de redes, a pesar de las escalas y procesos radicalmente diferentes existentes en ambos espacios.
Lo ha descubierto una investigación desarrollada por Franco Vazza (astrofísico de la Universidad de Bolonia) y Alberto Feletti (neurocirujano de la Universidad de Verona), cuyos resultados se publican en la revista Frontiers in Physics.
Ambos investigaron las similitudes entre los dos sistemas, separados entre sí por más de 27 órdenes de magnitud, mediante un análisis cuantitativo que se encuentra en la frontera entre la cosmología y la neurociencia.
A partir de las características compartidas de los dos sistemas, los investigadores compararon una simulación de la red de galaxias con secciones de la corteza cerebral y el cerebelo. El objetivo era observar cómo las fluctuaciones de la materia se dispersan en escalas tan diversas.
Concordancias inesperadas
El resultado es sorprendente: “nuestro análisis muestra que la distribución de la fluctuación dentro de la red neuronal del cerebelo, en una escala de 1 micrómetro a 0,1 milímetros, sigue la misma progresión que la distribución de la materia en la red cósmica, pero, por supuesto, en una escala mayor, que va de 5 millones a 500 millones de años luz”, explica Vazza en un comunicado.
Los dos investigadores también calcularon algunos parámetros que caracterizan tanto la red neuronal como la red cósmica: el número promedio de conexiones en cada nodo y la tendencia a agrupar varias conexiones en nodos centrales relevantes dentro de cada red.
“Una vez más, los parámetros estructurales han identificado niveles de concordancia inesperados. Probablemente, la conectividad dentro de las dos redes evolucione siguiendo principios físicos similares, a pesar de la llamativa y evidente diferencia entre los poderes físicos que regulan las galaxias y las neuronas”, añade Alberto Feletti.
«Estas dos redes complejas muestran más similitudes que las compartidas entre la red cósmica y una galaxia, o una red neuronal y el interior de un cuerpo neuronal”, concluye Feletti.
Miles de millones de neuronas y galaxias
El cerebro humano funciona gracias a su amplia red neuronal, que contiene aproximadamente 69 mil millones de neuronas. Por otro lado, el universo observable cuenta con una red cósmica de al menos 100 mil millones de galaxias.
Dentro de ambos sistemas, solo el 30% de sus masas están compuestas, bien por galaxias, bien por neuronas. Ambas se organizan en largos filamentos o nodos entre los filamentos.
Finalmente, dentro de ambos sistemas, el 70% de la distribución de masa o energía está compuesta por elementos que juegan un papel aparentemente pasivo: agua en el cerebro y energía oscura en el Universo observable.
Visión panorámica
Lo más destacado de esta investigación, tal como explican ambos autores en su artículo, es que, midiendo el grado de conectividad y coeficiente de agrupamiento de, por un lado, la red cósmica, y, por otro lado, de la red neuronal, han conseguido una visión panorámica de los nodos y las redes en ambos sistemas.
Esa visión panorámica es la que ha desvelado que dos procesos físicos completamente diferentes pueden generar similares configuraciones de red para organizar su comportamiento, lo que los lleva a compartir niveles similares de complejidad y autoorganización.
Limitaciones
Los autores de esta investigación reconocen que tiene algunas limitaciones, derivadas de la propia naturaleza del estudio, que impiden alcanzar una conclusión definitiva.
Señalan por ello que “se necesitarán algoritmos más poderosos y discriminantes para identificar analogías y diferencias de estos fascinantes sistemas, casi en los extremos concebibles de escalas espaciales en el Universo.”
No obstante, los alentadores resultados de esta primera aproximación están impulsando a los investigadores a pensar qué técnicas de análisis nuevas y efectivas en ambos campos, cosmología y neurocirugía, permitirán una mejor comprensión de la dinámica de red subyacente a la evolución temporal de estos dos sistemas.
Referencia
The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web. F. Vazza and A. Feletti. Front. Phys., 16 November 2020. DOI:https://doi.org/10.3389/fphy.2020.525731
Javier De Felipe: las semejanzas entre el cerebro y el universo son abrumadoras
Que el cerebro y el universo guardan parecidos asombrosos es lo que ha venido señalando desde hace años el neurobiólogo español Javier de Felipe, director del Laboratorio Cajal de Circuitos Corticales UPM-CSIC y del proyecto Cajal Blue Brain.
Una de las cosas que ha destacado de su propia observación investigadora es el sorprendente parecido que existe entre unos depósitos de proteínas en el cerebro, llamadas placas β-amiloide, signo clásico de la enfermedad de Alzheimer, y las nebulosas y otros objetos celestes.
“La semejanza entre dichos cuerpos celestes y las placas de Aβ que brotan en el cerebro del paciente de Alzheimer es abrumadora, porque nos hace meditar sobre la relación que hay entre el macrocosmos y el microcosmos, y nos causa vértigo intentar comprender no solo este parecido, sino imaginarnos que ciertos objetos del macrocosmos, como las nebulosas o los agujeros negros, presentan unas dimensiones formidables (miles de millones de kilómetros), mientras que en el microcosmos del cerebro, estas placas tan solo tienen unas pocas millonésimas de metro”, explica Javier De Felipe a Tendencias21.
También destaca las similitudes entre las imágenes obtenidas con la simulación del universo y las visualizadas para estudiar el sistema nervioso.
Se refiere, por ejemplo, a las similitudes gráficas entre la distribución de la materia oscura en el universo y la distribución de las células microgliales en la corteza cerebral, que forman el sistema inmunitario del sistema nervioso central y constituyen aproximadamente el 10% de las células del cerebro.
Y añade: “metafóricamente se podría decir que esas similitudes pueden reflejar que, como el sistema nervioso se origina en el polvo de las estrellas, de alguna manera conserva ciertos patrones de organización del universo.”
Fuente TENDENCIAS 21