Международная группа ученых обнаружила сходство между человеческим мозгом, нервной системой червя и компьютерным чипом.

«Мозг часто сравнивают с компьютером, но помимо того тривиального факта, что оба они обрабатывают информацию, используя сложные системы связей в физическом пространстве, было непонятно, является ли это более, чем просто метафорой», - говорит Даниэль Бэссит, доктор наук и старший научный сотрудник физического факультета Калифорнийского Университета Санта-Барбары.

Группа ученых из США, Великобритании и Германии обнаружили совершенно новые количественные принципы организации, лежащие в основе сетевой организации связей в человеческом мозге, высокой эффективности компьютерной схемы и нервной системы червя, известные как нематода Ц Элеганс (nematode C. elegans). Используя широко известные данные, включая данные о магнитно-резонансной томографии человеческого мозга, карту нервной системы нематода (круглого червя) и стандартный компьютерный чип, они исследовали, как связаны между собой элементы в каждой системе.
Они обнаружили, что у всех трех систем имеются 2 основных свойства. Во-первых, человеческий мозг, нервная система нематода и компьютерный чип все имеют структуру, подобную матрёшке, с теми же снова и снова повторяющимися моделями в разных масштабах.

Во-вторых, все три исследуемых объекта показывают наличие так называемой арендной системы масштабирования – правила, используемого для описания отношений между определенным количеством элементов в данной области и количеством связей между ними.
Может показаться, что мозг червя имеет мало общего с человеческим мозгом и еще меньше – со схемой компьютера, объясняет Бэссит. На самом деле, каждая из этих систем содержит систему связей, которые надежно заблокированных в физическом пространстве, подобно тому, как рельсовые пути в железнодорожной системе, плотно закрепленные в земле, образуют полосы движения, фиксируемые GPS навигаторами. Компьютерный чип начинает работу как система формальных связей, которая может выполнять определенные функции. Вторая стадия включает в себя отображение этой системы связей на двумерную поверхность чипа. Это отображение является ключевым шагом и должно быть выполнено аккуратно для того, чтобы минимизировать общую длину проводов – мощного прибора, прогнозирующего стоимость производства чипа – при сохранении формальных связей / функций.

«Мозг также характеризуется точной связью, позволяющей организму функционировать, но ограничивается метаболическими затратами, связанными с развитием и поддержанием длинных «проводов» или нейронов», - говорит Бэссет. Она объясняет, что при одинаковом напряжении в мозге и в чипе, кажется, что как эволюция, так и технический прогресс пришли к одинаковым решениям оптимальных систем отображения.

Она также говорит о том, что результат этого масштабирования может впоследствии объяснить хорошо известные, но мало понимаемые отношения между вычислительными элементами (нейронов клеточных тел или серым веществом) и проводящими элементами (аксонами или белым веществом) в головном мозге многих млекопитающих разных размеров – от мыши до опоссума и морского льва – предполагая в дальнейшем, что эти принципы конструирования нервной системы тщательно сохраняются у того или иного виде.
Эта работа предполагает, что изобретения человечества, движимые рынком, а также естественный отбор пришли к компромиссу между стоимостью и сложностью в конструировании обоих типов сетевых схем обработки информации: человеческого мозга и схемы компьютера.
Бэссит тесно работала с Эдвардом Булмором, профессором психиатрии Университета Кэмбридж. Он говорит: «Это поразительно сходство, возможно, может быть объяснено с той точки зрения, что оно представляет собой наиболее эффективный способ проводки сложной сети в замкнутом физическом пространстве – будь то трехмерный человеческий мозг или двухмерный компьютерный чип».