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Credits: Greg Rakozy on Unsplash) 

Quelle somiglianze tra il nostro cervello e l'universo

Incuriositi dagli aneddoti sulle affinità tra cervello e universo, due amici ricercatori hanno analizzato quantitativamente le immagini dei due sistemi. E hanno scoperto che si assomigliano

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Dell'uno cerchiamo di carpirne i segreti puntando gli occhi al microscopio, dell'altro investendo su potenti telescopi. Eppure, anche se così dimensionalmente distanti, cervello e universo potrebbero essere più simili di quanto creduto. Così per lo meno sono apparsi agli occhi di un neuroscienziato e di un astrofisico italiani, che hanno osservato insospettabili similitudini tra i rispettivi oggetti di studio. I due ricercatori sono Franco Vazza dell'Università di Bologna e Alberto Feletti dell'Università di Verona.
 
A voler trovare delle similitudini, anche un occhio inesperto ci riuscirebbe. Cervello e universo possono essere entrambi immaginati come reti complesse, formate da unità - neuroni da una parte, galassie dall'altra - uniti da filamenti, organizzati in nodi. D'altra parte, neuroni e galassie (o in generale la materia visibile), sono solo una parte della materia (o dell'energia) presente: il resto è per gran parte acqua e materia oscura. A livello aneddotico della somiglianza dell'uno con l'altro si è sentito parlare più volte. Ed è proprio da lì, confida Vazza a Repubblica, che è nata anche la loro idea, oggi formalmente presentata sulle pagine di Frontiers in Physics: "Io e Alberto ci conosciamo da sempre, siamo stati compagni di banco alle elementari. E più volte, incontrandoci nel corso degli anni, abbiamo commentato questi aneddoti, anche perché per lavoro io mi occupo di simulazioni astrofisiche, per capire come evolve la rete cosmica, e lui è un neurochirurgo". Ma l'idea, continua Vazza, era quella di vedere se oltre gli aneddoti ci fosse qualcosa di più, se fosse in altre parole possibile analizzare le immagini del cervello e dell'universo in modo quantitativo.
 
A sinistra: sezione di cervelletto, con fattore di ingrandimento 40x, ottenuto con microscopia elettronica (Dr. E. Zunarelli, Ospedale Universitario di Modena); a destra: sezione di una simulazione cosmologica, con estensione 300 milioni di anni luce di lato (Vazza et al. 2019 A&A) 

Farlo ha richiesto prima di tutto ragionare sul trovare un comune denominatore, un metodo che potesse essere applicato tanto alle immagini del cervello (estrapolate dai vetrini usati in istologia) e a quelle dell'universo, ottenute con le simulazioni, con tutte le limitazioni del caso. La soluzione è quello che i ricercatori chiamano spettro di potenza, spiega Vazza: "Si tratta di un modo per quantificare le fluttuazioni di materia o energia, per capire come queste si distribuiscono nello spazio. È un modo che viene utilizzato per analizzare il fondo cosmico di microonde, l'eco del Big Bang - continua - ma può essere applicato anche anche alle immagini visive". Ed è così, racconta il ricercatore, che applicate alle immagini digitali del cosmo e del cervello, le analisi dello spettro di potenza hanno mostrato che le tracce di queste fluttuazioni di sovrappongono, seppur su scale diverse. È come se la distribuzione dei neuroni avesse delle somiglianze con quella delle galassie nella rete cosmica, continua Vazza: "Qualcosa che non avviene in altri reti o sistemi, quali possono essere quelli delle nuvole o i rami degli alberi, usati come controllo. Allo stesso modo anche la network analysis - che, semplificando, studia come e quanto spesso i nodi di una rete comunicano tra loro, se alcuni funzionano come stazioni di distribuzione dell'informazione - ha mostrato delle somiglianze abbastanza forti".
 
Tutto questo suggerisce che sia nel cervello che nello spazio, materia ed energia non si sono distribuite in modo casuale, ma si sono evolute nel tempo seguendo delle logiche simili. Ma attenzione, non si sta affatto parlando di un universo pensante o prestando il fianco a interpretazioni trascendentali: "Abbiamo osservato solo che le leggi fisiche note - conclude Feletti - quando applicate a sistemi complessi probabilmente originano strutture simili, anche se governati da forze diverse, come in questo caso".