Quels sont les points communs entre cerveau et univers ? Parce que la structure du cerveau et la toile du cosmos se ressemblent quand même pas mal. Deux scientifiques mettent en avant les ressemblances de structure, mais aussi de fonctionnement, entre leurs domaines de recherche.

 

 

A gauche, section du cervelet, grossit 40x, obtenue avec la microscopie électronique (Dr. E. Zunarelli, Hôpital universitaire de Modène). A droite : section d’une simulation cosmologique, avec une extension de 300 millions d’années-lumière de chaque côté (Vazza et al. 2019 A&A). (Université de Bologne)

 

 

Des scientifiques ont mis en lumière des similitudes entre le réseau de neurones du cerveau humain et le réseau de galaxies qui compose l’Univers. Ils ont dressé des parallèles en termes de connectivité et de fluctuation de la matière au sein des deux systèmes.

 

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, la toile cosmique… et des similitudes surprenantes sont apparues.

 

Dans leur étude publiée cette semaine, 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 complexes de la nature : le réseau cosmique des galaxies et le réseau des cellules neuronales du cerveau humain.

 

Malgré la différence d’échelle substantielle 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.

 

 

Modèle simulé de la distribution extrapolée des galaxies à travers l’Univers, issue de la Millennium Simulation

 

 

Le cerveau humain fonctionne grâce à son vaste réseau neuronal qui est censé contenir environ 69 milliards de neurones. D’autre part, l’univers observable est composé d’un réseau cosmique d’au moins 100 milliards de galaxies. Dans les deux systèmes, seuls 30 % de leur masse sont composés de galaxies et de neurones. Dans les deux systèmes, les galaxies et les neurones s’organisent en longs filaments ou nœuds entre les filaments. Enfin, dans les deux systèmes, 70 % de la répartition de la masse ou de l’énergie est composée de composants jouant un rôle apparemment passif : l’eau dans le cerveau et l’énergie sombre dans l’Univers observable.

 

Partant des caractéristiques communes aux 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 dispersent à des échelles aussi diverses.

 

Selon Franco Vazza :

« Nous avons calculé la densité spectrale des deux systèmes. C’est une technique souvent utilisée en cosmologie pour étudier la distribution spatiale des galaxies. Notre analyse a montré que la distribution de la fluctuation au sein du réseau neuronal du cervelet sur une échelle allant 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 une échelle plus grande 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 le réseau cosmique : le nombre moyen de connexions dans chaque nœud et la tendance à regrouper plusieurs connexions dans les nœuds centraux pertinents du réseau.

 

 

A partir de l’étude : comparaison d’exemples de tranches du cervelet (rangée du haut), du cortex cérébral (rangée du milieu) et de la répartition de la matière noire dans la toile cosmique (rangée du bas), pour différents niveaux de grossissement. (F. Vazza/ A. Feletti/ Frontiers in Physics)

 

 

Selon Alberto Feletti :

« Une fois de plus, les paramètres structurels ont permis d’identifier des niveaux de concordance inattendus. Il est probable que la connectivité au sein des deux réseaux évolue selon des principes physiques similaires, malgré la différence frappante et évidente entre les puissances physiques régulant les galaxies et les neurones. Ces deux réseaux complexes présentent plus de similitudes que ceux que partagent le réseau 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, la cosmologie et la neurochirurgie, permettront de mieux comprendre la dynamique des circuits qui sous-tendent l’évolution temporelle de ces deux systèmes.

 

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Time : 2 mn 01 / [1/2]

 

Une visualisation de notre Univers en 3D de Millennium Simulation Project. Pendant les deux minutes de la vidéo, nous parcourons une distance dont la lumière aurait besoin de plus de 2,4 milliards d’années pour effectuer le même trajet.

 

Pour rappel, la vitesse de la lumière dans le vide est de 299 792 458 m/s (300 000 km/s).

 

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Bonus…

Time : 5 mn 44 / [2/2]

 

Cette animation de l’Observatoire austral européen a été créée pour célébrer l’ouverture du planétarium ESO Supernova en Allemagne. Elle commence à partir de la nouvelle installation de Garching et effectue un zoom arrière jusqu’à la « fin de l’Univers », selon l’ESO.

 

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Source :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Toile_cosmique

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2020.525731/full

https://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe#Large-scale_structure

https://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/virgo/millennium/index.shtml

https://www.gurumed.org/2020/11/17/parce-que-la-structure-du-cerveau-et-la-toile-du-cosmos-se-ressemblent-quand-mme-pas-mal/

 

Article :

Gurumed / Frontiers in Physics

 

Vidéo : 

[1] La structure de notre cerveau est proche de la toile cosmique constituant l’Univers – Mr Aphadolie / YouTube

[2] Stunning New Universe Fly-Through Really Puts Things Into Perspective – VideoFromSpace / YouTube

 

Photo :

Pour illustration