Un astrophysicien de l'Université de Bologne et un neurochirurgien de l'Université de Vérone ont comparé le réseau de cellules neuronales du cerveau humain avec le réseau cosmique des galaxies... et des similitudes surprenantes sont apparues

Dans leur article publié en Frontières en physique , Franco Vazza (astrophysicien à l'Université de Bologne) et Alberto Feletti (neurochirurgien à l'Université de Vérone) ont étudié les similitudes entre deux des systèmes les plus difficiles et complexes de la nature :le réseau cosmique de galaxies et le réseau de cellules neuronales chez l'homme. cerveau.

Malgré la différence d'échelle importante entre les deux réseaux (plus de 27 ordres de grandeur), leur analyse quantitative, qui se situe au carrefour de la cosmologie et de la neurochirurgie, suggère que divers processus physiques peuvent construire des structures caractérisées par des niveaux similaires de complexité et d'auto-organisation.

Le cerveau humain fonctionne grâce à son vaste réseau neuronal qui est réputé contenir environ 69 milliards de neurones. D'autre part, l'univers observable est composé d'une toile cosmique d'au moins 100 milliards de galaxies. Dans les deux systèmes, seulement 30% de leurs masses sont composées de galaxies et de neurones. Dans les deux systèmes, les galaxies et les neurones s'organisent en longs filaments ou nœuds entre les filaments. Finalement, dans les deux systèmes, 70% de la distribution de masse ou d'énergie est composée de composants jouant un rôle apparemment passif :l'eau dans le cerveau et l'énergie noire dans l'Univers observable.

Partant des caractéristiques communes des deux systèmes, les chercheurs ont comparé une simulation du réseau de galaxies à des sections du cortex cérébral et du cervelet. L'objectif était d'observer comment les fluctuations de la matière se diffusent à des échelles aussi diverses.

"Nous avons calculé la densité spectrale des deux systèmes. C'est une technique souvent employée en cosmologie pour étudier la distribution spatiale des galaxies, " explique Franco Vazza. " Notre analyse a montré que la distribution de la fluctuation au sein du réseau neuronal du cervelet sur une échelle de 1 micromètre à 0,1 millimètre suit la même progression de la distribution de la matière dans la toile cosmique mais, bien sûr, à plus grande échelle qui va de 5 millions à 500 millions d'années-lumière."

Les deux chercheurs ont également calculé certains paramètres caractérisant à la fois le réseau neuronal et la toile cosmique :le nombre moyen de connexions dans chaque nœud et la tendance à regrouper plusieurs connexions dans des nœuds centraux pertinents au sein du réseau.

"Encore une fois, les paramètres structurels ont identifié des niveaux d'accord inattendus. Probablement, la connectivité au sein des deux réseaux évolue suivant des principes physiques similaires, malgré la différence frappante et évidente entre les pouvoirs physiques régulant les galaxies et les neurones, " ajoute Alberto Feletti. "Ces deux réseaux complexes présentent plus de similitudes que celles partagées entre la toile cosmique et une galaxie ou un réseau neuronal et l'intérieur d'un corps neuronal."

Les résultats encourageants de cette étude pilote incitent les chercheurs à penser que des techniques d'analyse nouvelles et efficaces dans les deux domaines, cosmologie, et neurochirurgie, permettra de mieux comprendre la dynamique routée sous-jacente à l'évolution temporelle de ces deux systèmes.