Các nhà khoa học vừa thả thính một phát hiện nghẹt thở: khi zoom vào lát não người đến 40 lần, mạng lưới thần kinh trông y chang mạng lưới vũ trụ luôn!
Vũ trụ mênh mông vô tận và bộ não nhỏ xíu vừa hai bàn tay - đây là hai hệ thống phức tạp nhất mà loài người từng biết đến. Trong một nghiên cứu vừa được đăng trên tạp chí Frontiers in Physics, các học giả từ Ý đã tìm ra sự tương đồng cực kỳ bất ngờ giữa mạng lưới thần kinh trong não người và mạng lưới thiên hà ngoài vũ trụ. Plot twist: cấu trúc của hai hệ thống này có thể... giống nhau hơn chúng ta nghĩ!
Nghe có vẻ vô lý nhỉ? Về quy mô, hai thứ này chênh nhau tận 27 bậc độ lớn (một tỷ tỷ tỷ lần nha các bạn!). Nhưng kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ phức tạp và cách tự tổ chức của mạng lưới thần kinh và mạng lưới thiên hà có nhiều điểm tương tự đến không ngờ.
Bộ não con người là một cấu trúc đa tầng siêu phức tạp, nơi các phân tử, tế bào và tế bào thần kinh cùng chung sống. Nó được mô hình hóa như một mạng lưới nhiều lớp, gọi là nhóm kết nối não bộ.
Các tế bào thần kinh ở gần nhau sẽ kết nối tạo thành cấu trúc cục bộ, rồi các cấu trúc cục bộ khác nhau lại liên kết với nhau để thực hiện các chức năng nhận thức. Giải mã cấu trúc, chức năng của nhóm kết nối não người và làm rõ vai trò của tế bào thần kinh đệm, vi môi trường vẫn đang là những thách thức cực khó của khoa học thần kinh ngày nay.
Với sự chấp nhận rộng rãi các mô hình vật chất tối và năng lượng tối, vũ trụ cũng có thể được mô hình hóa như một mạng lưới. Hiện tại, mô hình vật chất tối ΛCDM (Lambda-CDM model) đã giải thích khá ổn quá trình hình thành cấu trúc mạng vũ trụ.
Do sự khác biệt về mật độ vật chất trong vũ trụ bị khuếch đại bởi lực hấp dẫn, vô số cụm thiên hà đã hình thành, và vật chất của các cụm này tạo nên một mạng lưới khổng lồ.
Trong khung lý thuyết tương đối rộng, sự mở rộng tăng tốc có thể được giải thích bằng một giá trị dương của hằng số vũ trụ Λ, tương đương với sự hiện diện của năng lượng chân không dương, được gọi là "năng lượng tối". Tuy có nhiều cách giải thích khác, nhưng giả thiết về năng lượng tối (Λ dương) hiện đang được dùng trong mô hình tiêu chuẩn của vũ trụ học, gọi là ΛCDM ("vật chất tối lạnh Lambda").
Sự tương tác giữa bộ não con người và vũ trụ hoàn toàn khác biệt, nhưng đã có nhiều quan sát và dự đoán về sự giống nhau giữa mạng lưới nơ-ron và mạng lưới vũ trụ dưới góc nhìn từ kính hiển vi và kính thiên văn.
Các nhà nghiên cứu đã phân tích định lượng sự giống nhau giữa hai hệ thống này dựa trên quan sát bằng kính hiển vi quang học về mô não và hình ảnh mạng lưới vật chất vũ trụ có độ phân giải cao, với sự trợ giúp của phương pháp phân tích mạng.
Đầu tiên, mạng lưới não và mạng lưới vũ trụ chênh nhau về quy mô một cách khủng khiếp, chúng chỉ tương đồng nhau ở một quy mô cụ thể thôi. Mạng lưới thần kinh não được cho là gồm hàng chục tỷ tế bào thần kinh. Còn số lượng thiên hà được quan sát trong mạng vũ trụ đã vượt quá 100 tỷ rồi!
Ngoài ra, trong cả hai mạng lưới thần kinh não và mạng lưới vũ trụ, chỉ có một lượng nhỏ vật chất cấu thành mạng lưới. Có số lượng khủng các lỗ hổng giữa các thiên hà và khoảng 70% khối lượng được tạo từ vật chất tối.
Trong não người cũng tương tự, là cơ quan sinh học, thành phần quan trọng nhất là nước. Tế bào thần kinh chỉ chiếm 25% và khoảng 75% là nước. Đến giờ thì câu "có nước trong đầu" lại có cơ sở khoa học rồi đó!
Nhìn vào cấu trúc mạng lưới từ tập dữ liệu trong hình trên, với người bình thường như mình, nếu chỉ nhìn sơ qua thì chả thấy giống nhau ở đâu cả.
Trong vũ trụ, các cụm thiên hà mật độ lớn chiếm ưu thế, còn trong não người, cụ thể là trong mạng lưới thần kinh, các sợi thần kinh tạo ra các hoa văn nhỏ đồng nhất. Tuy nhiên, khi các nhà nghiên cứu tăng độ phóng đại của kính hiển vi, họ bắt đầu thấy một số điểm tương đồng với mạng lưới vũ trụ trong các lát cắt não.
Từ hình trên, ta có thể thấy khi mạng lưới thần kinh trong lát não được phóng to 40 lần, mạng lưới thần kinh não người ở quy mô 1 micron - 0,1 mm và mạng lưới vũ trụ ở quy mô 5 triệu năm ánh sáng - 500 triệu năm ánh sáng sẽ hiển thị những điểm tương đồng rõ ràng.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu tính toán các thông số đặc trưng trong hai mạng lưới đặc biệt này - mức độ kết nối trung bình của các nút và hệ số phân cụm của nút trung tâm.
Các tham số đặc trưng của các cấu trúc mạng này cũng thể hiện sự nhất quán. Mặc dù thiên hà và mạng lưới thần kinh não là hai đối tượng hoàn toàn khác biệt, nhưng sự kết nối của mạng lưới của chúng tuân theo các quy luật vật lý tương tự nhau!
Nguồn: soha.vn