Организуется ли Вселенная как нейронная сеть?

Некоторые утверждают, что наша Вселенная, кажется, следует самоорганизующимся, повторяющимся паттернам — фракталам. Эта характерная черта его строения встречается почти повсеместно. Ученые из Resonance Science Foundation попытались описать эту организацию и обратиться к так называемой физике голофрактограммы. Это относится к двум свойствам, которые, по-видимому, лежат в основе космоса: голографической упорядоченности информации, при которой каждая субъединица системы содержит информацию о своей целостности, и фрактальной упорядоченности структур.

Что означает фрактальная упорядоченность структур? Фракталы — это конструкции, полученные с помощью относительно простых алгоритмических функций, но имеющие тенденцию генерировать сложные и повторяющиеся паттерны. Фрактал — это просто самоподобный (но не обязательно идентичный!) паттерн, который повторяется независимо от масштаба размера. На практике дело в том, что сколько бы мы ни «приближались» или «отдалялись», мы всегда наблюдаем одинаковую картину, которая повторяется бесконечно. Математически это означает, что такой фрактал обладает свойством неизменности масштаба, и в нем последовательно повторяется один и тот же уровень сложности. Когда мы увеличиваем его по желанию, он показывает нам все более и более сложные детали этой сложности.

Фрактальные структуры также очень распространены в природе. Примеры включают некоторые листья и цветы, кристаллические снежинки и расположение кровеносных сосудов. Так является ли сам космос  фрактальным порядком ? Это означало бы, что существует определенный уровень сложности, не зависящий от масштаба, в котором мы наблюдаем Вселенную. Например, когда мы видим сложность в небольшом мезомасштабе мозг животного (показан на рис. 1), ожидать, что тот же уровень сложности будет повторяться с определенным шагом «разрывов» также в большем и меньшем масштабе. С современными технологиями мы не можем напрямую изучать пространство Вселенной в очень-очень мелком масштабе Планка, поэтому мы не можем изучать организацию космоса на самом низком уровне. Однако мы можем исследовать и количественно оценить сложность Вселенной в самых больших масштабах, то есть в масштабе Космической Паутины . Это возможно благодаря современным точным данным наблюдений.

Новое исследование показывает, что теперь можно определить объективное, количественное (то есть математически четко определенное) сходство между нейронными сетями и крупномасштабным распределением галактик. В статье, опубликованной в Frontiers in PhysicsТаким образом, профессора Франко Вазза и Альберто Фелетти (астрофизик и нейробиолог) описывают свойства и структурные, морфологические различия и различия памяти между Космической Сетью и сетью нейронных клеток в человеческом мозгу. Их исследования доказывают, что сходство, наблюдаемое между этими двумя формами организации материи во Вселенной, разделенными огромными масштабами, является не просто случайным или субъективным впечатлением с нашей стороны, но требует физического описания, объединяющего динамику этих самоорганизаций. в разных масштабах.

Это еще не все. Пожалуй, самый замечательный вывод из этих исследований заключается в том, что, как говорят сами авторы, воспоминания о нашей жизни в принципе могли храниться в структуре мироздания  (сам уровень сложности, а не возможность смещения нашего сознания на более масштаб, или теоретизирование о самоощущении космоса ) . Как это возможно?

Для начала стоит взглянуть на некоторые структурные сходства между нейронными и галактическими сетями (с разницей в масштабе 10 27порядки величины!). Галактики группируются в огромные структуры, называемые скоплениями и сверхскоплениями. Их размер может достигать сотен миллионов парсеков. Эти структуры организованы в виде дендритных сетей (во многом подобно нейронам в мозге), с длинными галактическими волокнами, соединяющими узлы — главные галактические центры — и с такими же большими пустотами между волокнами и узлами. Франко Вазза и Альберто Фелетти выполнили компьютерные расчеты, чтобы смоделировать организацию материи на границе между пустотами и волокнами, где гравитация разгоняет материю до скоростей в тысячи километров в секунду. Они пришли к выводу, что это одни из самых сложных областей организованной материи во Вселенной.

Вся Космическая Паутина, крупномасштабная структура, определяемая всеми наблюдаемыми галактиками, охватывает по крайней мере десятки миллиардов световых лет. Одна из этих галактик является домом для миллиардов настоящих мозгов. Если (это предположение ученых) космическая паутина по крайней мере так же сложна, как любая из ее составных частей, мы можем наивно заключить, что она должна быть по крайней мере так же сложна, как наш мозг. Две системы организованы в четко определенные сети, и, проведя некоторое количественное сравнение между ними, можно увидеть поразительную степень сходства.

Общее количество галактик в наблюдаемой сфере Вселенной оценивается сегодня примерно в 2,6 триллиона , при этом около 50 миллиардов галактик имеют массу, равную или превышающую массу Млечного Пути. Галактики распределены неравномерно — как уже говорилось, они собираются в большие скопления . Длинные нити размером в десятки мегапарсеков соединяют скопления галактик, разделенные (в основном) пустым пространством . Недавние исследования человеческого мозга показывают, что в нем примерно 86 миллиардов нейронов.и почти такое же количество глиальных клеток и других ненейрональных клеток. Здесь сразу видно количественное сходство. Обе системы — «большая» и «маленькая» — организованы в четко определенные сети с примерно -10 10 -10 11 узлами, соединенными волокнами. Интересно, что общее количество нейронов в человеческом мозгу также оценивается как близкое к количеству галактик в наблюдаемой Вселенной.

В обоих случаях около 75% распределения массы/энергии состоит из кажущегося пассивным материала, который пронизывает обе системы и играет лишь косвенную роль в их внутренней структуре: это вода для мозга и темная энергия в космологии, что не кажется чтобы во многом повлиять на внутреннюю динамику космических структур, отмечают Вазза и Фелетти.

Хотя мозговая вода и темная энергия вселенной описываются здесь как пассивные среды, на самом деле они играют важную роль в своих системах. Например, спинномозговая жидкость (состоящая в основном из воды) является основным носителем нейроактивных веществ и регуляторных сигнальных молекул, таких как митогены , а темная энергия является результатом огромных флуктуаций квантовой энергии вакуума и, как полагают, инициировала первичную однородность энергии. плотность , которая со временем позволила сформировать скопления галактик. 

Дальнейший статистический анализ показал, что сходство между Космической Сетью и нейронными сетями мозга не является субъективным и не связано с тем, что человеческий разум просто пытается насильно искать закономерности там, где их нет . Вазза и Фелетти использовали технику, обычно используемую в космологии, метод анализа спектра мощности , чтобы оценить уровень количественного сходства между двумя изучаемыми сетями. Спектр мощности измеряет мощность структурных колебаний в заданном пространственном масштабе. Установлено, что спектр мощности реальных участков мозжечка и коры (при 40-кратном увеличении) в статистически значимой степени соответствует аналогичной кривой, построенной для Космической паутины на основе ее численного моделирования.

Расчеты объема памяти мозга, основанные на последних результатах картирования сети связей мозга и Космической сети, также показывают впечатляющее сходство. В своих расчетах Франко оценивает емкость хранилища Космической сети примерно в 10 петабайт ( 10–16 байт).

Исследования сети соединений в мозге показывают, что общий объем памяти составляет около 2,5 петабайт. Скорее всего, этот расчет занижен, поскольку он предполагает, что пропускная способность является функцией самой синаптической сети и не принимает во внимание субсинаптическую и субклеточную обработку памяти. Однако Вазза и Фелетти считают, что расчеты показывают большое сходство потенциальной емкости памяти галактической сети и нейронной сети. Это означало бы, что вся информация, хранящаяся в человеческом мозгу, может быть также закодирована в распределении галактик во Вселенной. И наоборот, вычислительное устройство, оснащенное памятью, равной памяти человеческого мозга, могло бы воссоздать сложность Вселенной в самых больших масштабах.