Các nhà nghiên cứu người Ý đã so sánh mạng lưới các tế bào thần kinh trong não người với mạng lưới các thiên hà trong vũ trụ. Kết quả đã cho thấy những điểm tương đồng đáng kinh ngạc.

Bộ não con người là một thực thể mang cấu trúc phức tạp cả về mặt thời gian lẫn không gian, trong đó các tế bào, phân tử và tế bào thần kinh cùng tồn tại. Nó có thể được mô hình hóa như một mạng phân cấp, trong đó các tế bào thần kinh tập hợp thành hệ thống mạch, cột và các vùng chức năng liên kết khác nhau.

Cấu trúc của mạng lưới tế bào thần kinh cho phép tạo ra sự liên kết giữa các khu vực của não bộ, tất cả đều dành cho quá trình xử lý những hoạt động cụ thể trên không gian những tế bào thần kinh, từ đó tạo thành cơ sở vật lý và sinh học của nhận thức ở người.

Trong bài báo được đăng trên tạp chí Frontiers in Physics hôm 16/11/2020, ông Franco Vazza, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Bologna và ông Alberto Feletti, nhà giải phẫu thần kinh thuộc Đại học Verona đã nghiên cứu sự tương đồng giữa hai trong số những hệ thống phức tạp và khó khăn nhất trong tự nhiên mà con người từng nhận thức, đó là mạng lưới vũ trụ của các thiên hà và mạng lưới các tế bào thần kinh trong não người.

Dù cho có sự khác biệt đáng kể về quy mô giữa 2 mạng lưới (hơn 27 bậc độ lớn), phân tích định lượng của chúng – nằm ở giữa sự giao tiếp của vũ trụ học và phẫu thuật thần kinh học – cho thấy các quá trình vật lý đa dạng có thể tạo ra những cấu trúc đặc trưng bởi mức độ giống nhau khi xét về độ phức tạp và tổ chức nội bộ của chúng.

Bộ não người hoạt động nhờ vào mạng lưới tế bào thần kinh rộng lớn, trong đó chứa khoảng 69 tỷ tế bào thần kinh. Mặt khác, vũ trụ quan sát được sở hữu một mạng lưới vũ trụ với ít nhất 100 tỷ thiên hà. Ở mỗi hệ thống, chúng kết nối với nhau thông qua một mạng lưới phức tạp, trải dọc theo các mạch dài đan chéo nhau và những nút liên kết. Những dạng nút lan tỏa như thế này đều xuất hiện ở cả vũ trụ và bộ não người.

Trong cả 2 hệ thống này, chỉ có 30% khối lượng của chúng bao gồm các thiên hà và tế bào thần kinh. Và trong cả 2 hệ thống, các thiên hà và tế bào thần kinh tự sắp xếp thành các sợi dài hoặc những nút giữa các sợi. Cuối cùng, trong cả 2 hệ thống, 70% sự phân bố khối lượng hoặc năng lượng là các thành phần đóng vai trò thụ động, cụ thể là dịch trong não và năng lượng tối trong vũ trụ khả kiến.

Xuất phát từ các đặc điểm chung của 2 hệ thống trên, các nhà nghiên cứu đã so sánh mô phỏng của mạng lưới các thiên hà với những khu vực của não bộ như các phần của vỏ não và tiểu não. Mục đích là để xác định cách thức vật chất được trải rộng dọc theo 2 hệ thống tưởng chừng như hoàn toàn khác biệt.

“Chúng tôi đã tính toán mật độ quang phổ của cả 2 hệ thống. Đây là một kỹ thuật thường được sử dụng trong vũ trụ học nhằm nghiên cứu sự phân bố trong không gian của các thiên hà,” ông Franco Vazza cho biết. “Kết quả phân tích của chúng tôi cho thấy sự phân bố của tần suất xung động bên trong mạng thần kinh tiểu não diễn ra với quy mô từ 1 micromet đến 0.1 mm, tương tự như tiến trình phân bố vật chất của vũ trụ, chỉ khác mạng lưới thứ hai hoạt động ở quy mô khổng lồ hơn, trải dài từ 5 triệu đến 500 triệu năm ánh sáng.”

Hai nhà nghiên cứu cũng tính toán một vài tham số đặc trưng cho cả mạng neuron và mạng vũ trụ, đó là số lượng kết nối trung bình trong mỗi nút và xu hướng phân cụm của một số kết nối trong các nút trung tâm có liên quan trong mạng nội bộ của chúng.

“Một lần nữa, các thông số cấu trúc đã xác định được mức độ tương tự không đáng kinh ngạc. Hai kết cấu mạng phức tạp này cho thấy nhiều điểm tương đồng với nhau hơn so với những điểm tương đồng giữa mạng vũ trụ và thiên hà hoặc mạng neuron và bên trong hệ thống thần kinh,” ông Alberto Feletti cho hay. “Sự kết nối trong mạng lưới thần kinh não bộ và mạng lưới vũ trụ có thể phát triển theo các nguyên tắc vật lý tương tự nhau, bất chấp sự khác biệt rõ rệt về sức mạnh vật lý điều chỉnh các thiên hà và tế bào thần kinh.”

Có lẽ, thân thể người thật sự là một tiểu vũ trụ vô cùng rộng lớn mà chúng ta chưa hề biết đến.

Kết quả này đang khiến cho các nhà nghiên cứu tin rằng những kỹ thuật phân tích mới, hiệu quả trong cả hai lĩnh vực, vũ trụ học và phẫu thuật thần kinh học, sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các động lực định tuyến cơ bản của sự phát triển theo thời gian ở hai hệ thống này.

Phan Anh