•  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

L’Univers et le cerveau, des structures étrangement similaires

Des neurones d'un cerveau de souris

Le cerveau est composé de milliards de neurones.

Photo : Radio-Canada / Tiphanie Roquette

Radio-Canada

Le réseau cosmique de galaxies et le réseau de neurones dans le cortex cérébral possèdent des caractéristiques étonnamment similaires, montrent les travaux de scientifiques italiens.

Images des neurones et de 'Univers.Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

En haut : les neurones et les cellules gliales. En bas : la simulation de l'Univers observable.

Photo : École de médecine de l'Université de Pennsylvanie

L'astrophysicien Franco Vazza, de l'Université de Bologne, et le neurochirurgien Alberto Feletti, de l'Université de Vérone, ont analysé l’organisation de ces deux systèmes probablement les plus complexes qui existent dans la nature que sont l’organisation des galaxies qui composent l'Univers et le réseau de neurones qui compose le cerveau humain.

Leur constat : les deux structures présentent des caractéristiques étrangement similaires.

Selon les deux chercheurs, s’il existe incontestablement une différence d'échelle entre les deux systèmes, les résultats de leurs travaux laissent à penser que des processus physiques complètement différents peuvent former des structures avec des niveaux de complexité et d'auto-organisation étonnamment similaires.

Cosmologie vs biologie

Le fonctionnement du cerveau humain est déterminé par le vaste réseau de neurones, estimé à environ 69 milliards. Pour sa part, l'Univers visible est composé d’un réseau d'au moins 100 milliards de galaxies.

Exemple de contraste de densité pour des tranches du cervelet, du cortex cérébral et de la répartition de la matière noire dans la toile cosmique, pour différents niveaux de grossissement. Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Exemple de contraste de densité pour des 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.

Photo : Frontiers of Physics

Dans les deux cas, les galaxies et les neurones n'occupent qu'une petite fraction de la masse des deux systèmes que les chercheurs évaluent à moins de 30 %.

De plus, dans les deux cas, les galaxies et les neurones s'organisent en longs filaments ou en nœuds entre filaments. Et dans les deux systèmes, environ 75 % de la masse ou de la distribution d'énergie est composée de matière qui a un rôle apparemment passif :

  • l'eau dans le cas du cerveau;
  • l'énergie sombre pour l'Univers observable.

Pour comparer les deux structures, les scientifiques ont étudié les caractéristiques d’apparences communes en comparant une version simulée du réseau de galaxies et des sections du cortex cérébral et du cervelet. Leur objectif était d'observer comment les fluctuations de la matière sont réparties à des échelles aussi différentes, expliquent-ils dans un communiqué accompagnant leurs travaux publiés dans la revue Frontiers of Physics (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

Pour les deux systèmes, nous avons calculé le spectre de puissance : une technique standard utilisée en cosmologie pour étudier la distribution spatiale des galaxies.

Une citation de :Franco Vazza

Il est ressorti de cette analyse que la distribution des fluctuations du réseau neuronal dans le cervelet, sur des échelles de 1 micromètre à 0,1 mm, a la même tendance que la distribution de la matière dans le réseau cosmique, à des échelles allant de 5 millions années-lumière jusqu'à 500 millions d'années-lumière, explique le Pr Vazza.

En outre, le duo a calculé plusieurs paramètres qui caractérisent à la fois le réseau cérébral et le réseau cosmique : le nombre moyen de connexions par nœud et la tendance à regrouper de nombreuses connexions en de grands points centraux du réseau.

Dans ce cas également, les paramètres structurels montrent un niveau d'accord inattendu : probablement la connectivité des deux réseaux évolue selon des principes physiques similaires, malgré le fait que les forces physiques qui régulent les interactions entre les galaxies et les neurones sont évidemment complètement différentes, ajoute le Dr Feletti.

Il y a une plus grande similitude entre la structure de ces deux réseaux complexes qu'entre le réseau cosmique et une seule galaxie, ou entre le réseau neuronal et l'intérieur d'un corps neuronal.

Une citation de :Alberto Feletti

Un travail exploratoire

Ces données obtenues dans le cadre d’un travail exploratoire pourraient mener à la création de techniques d'analyse efficaces, tant dans le domaine de la cosmologie que dans celui de la neurochirurgie, permettant de mieux comprendre la dynamique profonde avec laquelle ces deux systèmes fascinants évoluent.

Vos commentaires

Veuillez noter que Radio-Canada ne cautionne pas les opinions exprimées. Vos commentaires seront modérés, et publiés s’ils respectent la nétiquette. Bonne discussion !