Christof科赫，在意识和人脑的主要研究员，有句名言叫做大脑“在已知的宇宙中最复杂的东西。”不难看出，为什么这可能是真的。随着百十亿个神经元和百兆连接，大脑是一个令人眼花缭乱的复杂对象。
但是宇宙中还有很多其他复杂的物体。例如，星系可以组合成巨大的结构（称为星系团、超星系团和丝状体），延伸数亿光年。这些结构与相邻的称为宇宙空洞的空白空间之间的边界可能极其复杂。1重力将这些边界处的物质加速到每秒数千公里的速度，在星系间气体中产生冲击波和湍流。我们已经预言，空洞-细丝边界是宇宙中最复杂的体积之一，这是通过描述它所需的信息位数来衡量的。
这让我们思考：是不是比大脑更复杂吗？
因此，我们 - 一种天体物理学家和神经科学派兼任的力量，可以定量比较银河系网络和神经网络网络的复杂性。我们的比较中的第一个结果真正令人惊讶：不仅是大脑和宇宙网络的复杂性实际上是相似的，而且它们的结构也是如此。宇宙可能是在尺寸的尺寸下自相似的尺寸，百亿亿亿亿倍。
T.他的任务是比较大脑和星系簇的簇是一个艰难的大脑。一方面，它需要处理在众所周知的方式中获得的数据：望远镜和一方面的数值模拟，电子显微镜，免疫组化和另一方面的功能磁共振。
它还要求我们考虑极大的尺度：整个宇宙网 - 所有宇宙的星系都追踪的大规模结构 - 延伸至少几十多个光年。这比人脑大的27个数量级。此外，其中一个星系是数十亿实际脑的所在地。如果宇宙网至少与其成分部分中的任何一个复杂，我们可能很天真地得出结论，它必须至少与大脑一样复杂。
神经元在大脑总数落在在可观测的宇宙星系数量的同一个球场。
但出现的概念使比较成为可能。在所有尺度上，许多自然现象并不同样复杂。宇宙网的雄伟网络才变得明显，只有在最大程度上调查天空。在较小的鳞片上，物质锁定成恒星，行星和（可能）暗物质云，这种结构丢失了。一种不断发展的银河系并不关心原子内电子轨道的舞蹈，而电子在没有考虑到他们所在的银河系中的核来环绕它们。
这样，宇宙包含许多嵌套在系统中的系统，在不同的尺度上几乎没有交互作用。这种尺度分离使我们能够研究以自然尺度出现的物理现象。
宇宙网的组成部分是恒星、气体和暗物质的自引力晕（它们的存在尚未得到确切的证明）。总的来说，可观测宇宙中的星系数量应该在1000亿左右。时空结构的加速膨胀和自身重力的拉动之间的平衡使这个网络具有蜘蛛网般的图案。普通物质和暗物质凝结成弦状细丝，星系团在细丝交叉处形成，剩下的大部分基本上是空的。由此产生的结构看起来有点像生物。
在最近，文献中没有直接估计人脑中的细胞或神经元的数量。皮质灰质（代表脑质量超过80％）含有大约6十亿个神经元（脑神经元的19％）和近90亿个非神经元细胞。细胞有大约690亿个神经元（脑神经元的80.2％）和约160亿个非神经元细胞。有趣的是，人脑中神经元总数落在可观察宇宙中的星系数量的同一个球场中。
眼睛立刻掌握宇宙网和大脑的图像之间的某种相似性。在图1中，我们展示的宇宙物质在1十亿光年片通过人的小脑模拟分布，具有4微米（μm）的实像一起厚的切片。
表观相似性只是人类倾向于在随机数据中感知有意义的模式（apophenia）？非常足够，答案似乎是否定：统计分析显示这些系统确实存在定量相似之处。研究人员定期使用一种称为功率谱分析的技术来研究星系的大规模分布。图像的功率谱测量属于特定空间尺度的结构波动的强度。换句话说，它告诉我们有多少高频和低频音质使得每个图像的特殊空间旋律。
一个惊人的消息从图2（下图）的功率谱曲线图出现了：在两个网络的波动的相对分布是非常相似，在几个数量级。
一个不断发展的星系不关心的电子轨道原子内的舞蹈。
在0.1-1毫米尺度下的小脑波动的分布使得包括数百亿光年的星系分布。在可用于微观观察的最小尺度（约10μm），它是皮质的形态，更符合星系之一，在数十万光年的尺度上。
相比之下，其他复杂系统的功率谱（包括云，树枝和等离子体的投影图像和水湍流）与宇宙网的云层相比非常不同。这些其他系统的功率谱显示较陡峭的依赖性，这可能是其分形性质的表现。这对于树木和云层的分支的分布特别令人醒目，这两者都是众所周知的，这对于分形状的具有自相似性的分形系统，众所周知。另一方面，对于宇宙网和人脑的复杂网络，观察到的行为不是分形，这可以被解释为依赖阶级自组织结构的出现的证据。
由于功率谱比较是显着的，它并不告诉我们两个系统是否同样复杂。估计网络复杂性的实际方法是测量预测其行为的难度。这可以通过计算建立可以执行这种预测的最小的计算机程序是有必要的信息计算有多少位信息来量化。
我们之一最近衡量了预测宇宙网络如何发展的难度，基于模拟宇宙的数字演变。1这一估计表明，需要大约1到10个数据的数据来描述整个可观察宇宙在其自组织出现的规模（或至少其模拟对应）的规模中的演变。
估计人类大脑的复杂性要困难得多，因为大脑的全球模拟仍然未得到满足的挑战。但是，我们可以认为，复杂性是成正比的智力和认知。基于大脑网络连接的最新分析，独立研究得出的结论是，成人大脑的总内存容量应为2.5左右PB级，不远处估计宇宙网的1-10 PB级！
粗略地说，这种记忆能力的相似性意味着储存在人脑中的整个信息体（例如，一个人的整个生活经历）也可以被编码到我们宇宙中星系的分布中。或者，反过来说，具有人脑记忆能力的计算设备能够以最大的尺度再现宇宙所显示的复杂性。
一世这确实是一个显著的事实，宇宙网与人脑的相似性大于与星系内部的相似性；或者说神经元网络更像宇宙网，而不是神经元身体的内部。尽管在基质、物理机制和大小上存在着巨大的差异，但人类神经元网络和宇宙星系网，用信息论的工具来考虑，却惊人地相似。
这一事实是否告诉我们这两个系统中涌现现象的物理意义？大概但我们必须对这些发现持保留态度。我们的分析仅限于使用非常不同的测量技术采集的小样本。
此外，我们的分析并不指向这些系统之间的动态相似性。如何在两个系统中流出空间尺度和时间的信息流动的模型将是至关重要的测试。这对于宇宙网络通过数值模拟已经是可行的。对于人脑来说，我们必须依赖更多的全局估计，通常来自较小的部分，然后缩小向上缩放。在不久的将来，我们的目标是在更复杂的人类大脑的最复杂数值模型中测试这些概念。
像人类脑计划，旨在模拟整个人类的神经元网络，平方公里阵列，最大的企业曾经在射电天文，计划将帮助我们填补了其中的一些细节，并了解宇宙是否更令人惊讶的比我们想法。
佛朗哥Vazza是展望2020的居里夫人Slodowska行动的研究员，在射电天文研究所，国家天体物理研究所，意大利博洛尼亚。
Alberto Feletti是北美奥斯塔奥大学（Italy）的Nocsae医院神经外科部门的成员。
我们非常感谢埃琳娜Zunarelli博士（病理解剖，大学医院位于Policlinico摩德纳，意大利摩德纳的部门）通过图1的皮质和小脑生产的切片。
工具书类
1. Vazza，F.在复杂性和宇宙结构的信息内容。皇家天文学会月报465.，4942-4955（2017）。
本文最初发表于2017年7月的“出现”问题。
