Мозок, черв'яки та комп'ютери влаштовані однаково

Інтернаціональная група вчених виявила дивовижну схожість між людським мозком, нервовою системою хробаків та комп'ютерної мікросхемою. Повідомлення про відкриття було опубліковано в PloS Computational Biology.

"Мозок часто порівнюють з комп'ютером, але крім того факту, що обидва вони обробляють інформацію за допомогою складної системи з'єднань у фізичному просторі, залишається неясним чи можна вважати таке порівняння чимось більшим ніж метафорою ", - заявила Даніелла Бассет (Danielle Bassett), автор статті про відкриття з Департаменту фізики університету в Санта-Барбарі.

Команда вчених з таких країн як США, Великобританія і Німеччина виявили невідомі раніше кількісні організаційні принципи, які лежать в основі мережевої організації людського мозку, мікросхеми високопродуктивних комп'ютерів і нервової системи черв'яків відомих під назвою нематоди C. elegans. Використовуючи дані, які були доступні у вільному доступі: магнітно-резонансна томографія мозку человека, карта нервової системи нематодов і стандартний комп'ютерний чіп, вчені вивчили як розрізнені елементи взаємодіяли один з одним у кожної з систем.

К свій подив, вони виявили що всі три системи об'єднували між собою дві основні властивості. По-перше, мозок людини, нервова система нематод і комп'ютерні чіпи за своєю архітектурою нагадували матрьошку: структура повторювалася знову і знову в іншому масштабе.

Во-друге, всі три підпадають під так зване масштабування Рента (англ. Rent's scaling), - правило, яке описує відношення між кількістю елементів на даній ділянці простору і числом зв'язків між ними.

Фактіческі, кожна система має систему з'єднань, яка жорстко зафіксована у фізичному просторі, аналогічно як залізничні колії жорстко зафіксовані на землі, утворюючи транспортні шляхи в жорстко зафіксованому положенні. Наприклад, комп'ютерний чіп на початку розробки являє собою абстрактну модель підключень, яка здатна виконувати певні функції. На другій стадії, розробляють карту підключень на двомірної поверхні чіпа. Складання карти - ключова операція, оскільки від неї залежить кінцева довжина проводів, на які припадає левова частка ціни мікросхеми.

"Подібним чином мозок має точно вивіреними сполуками, які дозволяють організму функціонувати, довжина яких обмежується тільки лише доцільністю виконуваної ними роботи по відношенню до енергії, що витрачається, яка витрачається на створення і підтримку довгих "проводів" або нейронів ", - розповіла Бассет. Вона пояснила, що оскільки обмеження мозку і мікросхем схожі, можна сказати що і еволюція і технологічний прогрес розробили ідентичні оптимальні рішення створення системи з'єднань.

Данная робота дозволяє припустити, що прогрес людства і природний відбір незалежно один від одного знайшли ідентичний компроміс між ціною і складністю розробки мереж обробки інформації двох типів: мозку і комп'ютерних мікросхем.

Бассет тісно працювала з Едвардом Баллмор (Edward Bullmore), професором психіатрії з університету Кембридж, який пояснив: "Вражаюча схожість принципів будови мозку і комп'ютера можуть бути пояснені тим, що вони являють собою найефективніший спосіб організації складної мережі в обмеженому фізичному просторі - будь то тривимірний людський мозок або двомірна мікросхема комп'ютера ". Популярні статті новості науки і технікі тільки на нашому портале.

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов