Les structures de l’Univers et du cerveau humain se révèlent étonnamment similaires

Des chercheurs italiens ont récemment effectué une analyse quantitative des réseaux neuronaux et cosmiques, montrant que les processus physiques naturels intervenant à des échelles très différentes conduisent à des structures similaires.

Des similitudes frappantes en dépit d’une différence d’échelle substantielle

Dans le cadre de ces travaux récemment présentés dans la revue Frontiers of Physics, Alberto Feletti, neurochirurgien à l’université de Vérone, et Franco Vazza, astrophysicien à l’université de Bologne, ont examiné les différences et similitudes entre deux des systèmes les plus complexes qui existent : le cosmos et ses galaxies ainsi que le cerveau humain et les cellules neuronales qui le composent. En dépit d’une différence d’échelle substantielle (plus de 27 ordres de grandeur), il s’est avéré que les deux systèmes possédaient des structures remarquablement similaires.

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Ces observations suggèrent que des processus physiques très différents peuvent conduire à des structures complexes et organisées très proches. Le cerveau humain est composé de près de 70 milliards de neurones, tandis que l’Univers comporte au moins 100 milliards de galaxies, et les auteurs de l’étude ont constaté que dans chaque système, ceux-ci étaient organisés en un réseau ou une toile complexe, et répartis en longs filaments reliés par des nœuds.

Plus étonnant encore, ces filaments ne représentaient que 30 % de la masse de leurs systèmes respectifs, les 70 % restants étant composés d’éléments passifs : l’eau pour le cerveau humain, et l’énergie sombre pour l’Univers. Afin de déterminer comment la matière était répartie au sein de ces derniers, les chercheurs ont ensuite comparé la formation de ces réseaux galactiques à celle de différentes parties du cerveau.

« Nous avons calculé la densité spectrale des deux systèmes. Une technique souvent utilisée 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 allant de 1 micromètre à 0,1 millimètre, suivait la même progression de la distribution de la matière dans le réseau cosmique mais, bien sûr, à une échelle plus grande allant de 5 millions à 500 millions d’années-lumière. »

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Ces systèmes cultivent davantage de similarités entre eux qu’avec les éléments les composant

En examinant la façon dont les réseaux de neurones et de galaxies se connectaient, via la comparaison du nombre moyen de connexions de chacun des nœuds et leur mode de regroupement, les chercheurs ont une nouvelle fois identifié des similitudes notables, avec des systèmes cultivant davantage de similarités entre eux qu’avec les éléments les composant.

« 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 », souligne Feletti. « 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. »