Sommario
Nel mondo della scienza, spesso ci si imbatte in connessioni inaspettate tra discipline diverse. Uno di questi affascinanti collegamenti è stato recentemente portato alla luce da un team di ricercatori italiani, composto dall’astrofisico Franco Vazza dell’Università di Bologna e dal neurochirurgo Alberto Feletti dell’Università di Verona. La loro ricerca, pubblicata su Frontiers of Physics e intitolata “The quantitative comparison between the neuronal network and the cosmic web”, ha rivelato interessanti somiglianze tra cervello umano e universo.
Nonostante cervello umano e universo siano già stati accomunati più volte nell’immaginario collettivo, i due studiosi italiani sono stati i primi a mettere scientificamente a confronto questi due sistemi servendosi di una combinazione di tecnologie all’avanguardia, tra cui strumenti astrofisici avanzati e tecniche di imaging cerebrale di ultima generazione. Seguendo l’intuizione del filosofo Democrito che secoli fa sostenne che ‘l’uomo è un microcosmo dell’universo’, questo studio approfondisce la connessione tra la complessità del nostro cervello e l’infinita vastità dell’universo, gettando nuova luce sulle affinità tra il macrocosmo e il microcosmo.
Materiali e metodi di studio
Nella ricerca condotta da Franco Vazza e Alberto Feletti, sono stati utilizzati strumenti e tecniche specifici per studiare sia il cervello umano che il cosmo.
Per analizzare il cervello umano sono stati impiegati campioni di corteccia cerebrale e cerebellare sottoposti a marcature dei neurofilamenti per evidenziarne la struttura. Per lo studio dell’universo invece, sono state utilizzate simulazioni cosmologiche ad alta risoluzione, in particolare è stata utilizzata una simulazione di un volume cosmico di 1003 Mpc3. Questa simulazione ha prodotto una distribuzione realistica della materia oscura, della materia ordinaria e dei campi magnetici nell’epoca attuale.
Ciò che è emerso dal confronto di questi materiali di studio è sorprendente.
Somiglianze nella struttura
Il cervello umano è un organo incredibilmente complesso, composto da miliardi di neuroni interconnessi, che formano reti neurali intricate responsabili di pensieri, emozioni, percezioni e funzioni motorie. Dall’altra parte, l’universo è un vasto sistema di galassie, stelle, pianeti e materia oscura, la cui complessità e scala spaziano oltre la nostra comprensione.
Le somiglianze tra questi due sistemi complessi emergono quando si osserva la loro struttura a diverse scale. Per esempio, le reti neurali nel cervello umano assomigliano sorprendentemente alle strutture a grande scala delle galassie nell’universo. In entrambi i casi, sia le galassie che i neuroni costituiscono solo una piccola parte della massa complessiva dei due sistemi, corrispondente a meno del 30%. Inoltre, sia le galassie che i neuroni mostrano una disposizione simile in strutture filamentose lunghe o nodi di connessione tra i filamenti.
Infine, circa il 70% della distribuzione complessiva di massa o energia in entrambi i sistemi è costituita da una sostanza che sembra svolgere un ruolo passivo: acqua per quanto riguarda il cervello e energia oscura per l’Universo osservabile.
Tessuto nervoso al telescopio che ricorda la struttura dell’universo
Somiglianze nelle reti di interconnessione
Le similitudini tra cervello e universo non sono solo superficiali, ma includono anche la dinamica delle reti e la distribuzione delle connessioni.
Lo studio prende in analisi due tipologie di interconnettività. La prima misura quanto ogni punto nella rete è connesso con gli altri offrendoci il numero totale di nodi all’interno dell’intera rete presa in analisi. La seconda invece prende in analisi il coefficiente di clustering. Un cluster è un gruppo di elementi simili o correlati che sono vicini o raggruppati insieme in un insieme più grande. Nella teoria dei grafi e nell’analisi delle reti, il cluster rappresenta un gruppo di nodi o punti nella rete che sono più connessi tra loro rispetto ad altri nodi nella stessa rete, aiutando a identificare gruppi o comunità di nodi all’interno della rete.
La ricerca dimostra che nonostante la drammatica disparità nelle scale spaziali di questi due sistemi, sia il cervello che l’universo mostrano una distribuzione di connessioni che segue una legge di potenza, il che significa che alcune parti sono altamente connesse, mentre altre sono meno connesse.
Fondatezza delle somiglianze
Si potrebbe pensare che la somiglianza tra cervello e universo emersa dallo studio sia del tutto casuale. Tale dubbio ci porta a chiederci se qualsiasi rete naturale, quando misurata utilizzando gli stessi strumenti, avrebbe mostrato risultati simili.
Per dare una risposta a questa domanda, gli autori dello studio hanno successivamente ampliato il loro campo di indagine, esaminando altre reti presenti in natura. Hanno esplorato immagini campione di alberi, turbolenza nei fluidi e distribuzione di fluttuazioni di densità nelle nuvole, che sono situazioni in cui ci si aspetta una geometria frattale. Ma analizzando queste reti con gli stessi strumenti, hanno osservato statistiche completamente diverse rispetto a quanto osservato nei casi del cervello e dell’universo dimostrando che non si tratti di una casualità.
Riflessioni finali
Uno dei principali obiettivi di questa ricerca, come evidenziato da uno dei ricercatori, è quello di sottolineare l’importanza di un approccio condiviso e interdisciplinare nell’analisi delle reti. A tal riguardo Franco Vazza ha dichiarato in un’intervista: “Quello che speriamo di riuscire a comunicare è che esiste una letteratura smisurata di analisi delle reti che si fa in certi ambienti e in altri non si fa, che può invece essere condivisa e dalla quale è possibile trarre profitto.” Questo sottolinea la necessità di condividere conoscenze e metodologie tra differenti discipline scientifiche, aprendo nuove prospettive di ricerca e agevolando l’applicazione di scoperte da una disciplina all’altra.
Esplorare questa connessione diventa possibile grazie all’ipotesi straordinaria emersa da questo studio:
“nel caso di queste due reti [del cervello e dell’universo] e di altre reti complesse in natura, anche se le interazioni avvengono tramite leggi fisiche completamente diverse, è possibile che la rete nel suo complesso evolva in base alle stesse logiche.”
Le parole di Franco Vazza ci aiutano a comprendere meglio la sorprendente intuizione dietro questo studio che apre una serie di interrogativi affascinanti sul funzionamento dei sistemi complessi. Ad esempio, cosa significa questa somiglianza per la nostra comprensione della mente umana e dell’universo? Come possono i principi astronomici essere applicati alle neuroscienze e viceversa? Questi interrogativi alimentano la nostra fantasia e guidano le ricerche dei team di scienziati che cercano di esplorare ulteriormente queste analogie straordinarie.
Lucrezia Zangrilli nasce ad Alatri nel 1996. Si laurea in Lettere Moderne presso l’Alma Mater Studiorum Università di Bologna con una tesi sul mito di Orfeo ed Euridice nella letteratura classica e contemporanea. Durante gli anni successivi alla laurea, ha vissuto e lavorato a New York City e ha sostenuto un esame alla Stanford University (Social Media Marketing), due esami alla UCLA Los Angeles University (Filmmaking e Regia Documentaristica) e uno all’Hudson Community College di New York (Fotografia).
Attualmente è una Copywriter e Content Creator Freelance. Si occupa di creare contenuti scritti e visivi per siti web e piattaforme social, prestando particolare attenzione alle tecniche di ottimizzazione SEO. Dopo varie esperienze lavorative per diverse compagnie internazionali, ha deciso di intraprendere la carriera da libera professionista e ritagliarsi la sua nicchia di clienti.
Scrive prevalentemente articoli di carattere scientifico, medico, tecnologico-informatico, artistico-culturale e turistico.
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Lucrezia Zangrilli was born in Alatri in 1996. She graduated in Humanities at the Alma Mater Studiorum University of Bologna with a thesis on the myth of Orpheus and Eurydice in classical and contemporary literature. During the years following graduation, she lived and worked in New York City and took an exam at Stanford University (Social Media Marketing), two exams at UCLA Los Angeles University (Filmmaking and Documentary Directing), and one at Hudson Community College in New York (Photography).
She is currently a Freelance Copywriter and Content Creator. She creates written and visual content for websites and social platforms, paying particular attention to SEO optimization techniques. After working for various international companies, she decided to embark on a career as a freelancer and carve out her niche of clients.
She mainly writes articles of a scientific, medical, technological-IT, artistic-cultural and tourism nature.
