电脑与人脑有什么不同

如果你对比人的大脑和宇宙的图片，可能会产生这样的想法：人的大脑和宇宙，都是又复杂的“网络”构成的，那么有没有可能，人的大脑和宇宙之间存在着某种联系？人脑和宇宙有什么相似之处？

今天我们就站在科学的角度上，和大家来聊一聊这个话题。

科学家发现了两个规模完全不同的系统，人脑中的神经元细胞网络和星系的宇宙网络在运作上的相似之处。

研究人员从多个角度研究了这两个系统，研究了结构、形态、存储容量和其他特性。他们的定量分析表明，非常不同的物理过程可以创建共享复杂性和组织级别的结构，即使它们的大小相差 27 个数量级。

天体物理学家和神经外科医生联动，一起尝试进行大脑和宇宙相似之处的研究

这项不寻常的研究本身是由两个截然不同的领域的意大利专家进行的——来自博洛尼亚大学的天体物理学家 Franco Vazza 和来自维罗纳大学的神经外科医生 Alberto Feletti。

科学家们在他们的新论文中写道：“我们的分析结果似乎表明，这两个复杂系统的自组织很可能是由相似的网络动力学原理塑造的，尽管它们的规模和过程截然不同。”

该研究最引人注目的见解之一，是将大脑的神经元网络本身视为一个宇宙。这个网络包含大约690 亿个神经元，而可观测宇宙有一个至少有1000 亿个星系的网络。

另一个相似之处是它们的网络，神经元和星系的定义性质，这些网络的节点由细丝连接。根据Feletti 的说法，通过研究每个节点中的平均连接数和节点中的连接集群，研究人员得出结论，连接性存在明确的“一致性水平”，这表明这两个网络的增长是由于相似的物理原理。

当涉及到每个结构的组成时，也有有趣的比较。大约77%的大脑是水，而大约70%的宇宙充满暗能量。这些都是在各自结构中具有间接作用的被动材料。

大脑中的物质密度波动和宇宙网存在惊人的相似性

另一方面，每个系统大约 30% 的质量由星系或神经元组成。科学家们还发现大脑中的物质密度波动与宇宙网之间存在惊人的相似性。

“我们计算了两个系统的光谱密度。这是宇宙学中经常采用的一种技术，用于研究星系的空间分布，” Vazza在一份新闻稿中说。

“我们的分析表明，小脑神经元网络内从 1 微米到 0.1 毫米范围内的波动分布与宇宙网中物质分布的进展相同，但当然，更大的范围是从 5百万到五亿光年。”

虽然大脑和宇宙在结构上完全不同，但大脑和宇宙的复杂性和自组织确有众多相似之处

这两种类型的结构在大小上相差 27 个数量级（即十亿的十亿倍）。但研究人员表示，该团队的结果表明，虽然驱动宇宙结构和人脑结构的物理过程截然不同，但它们可能导致相似程度的复杂性和自组织。

出发点是找出两者之间的相似之处，人类小脑有大约 690 亿个神经元；可观测的宇宙网包含超过 1000 亿个星系。

这两个系统都安排在定义明确的网络中，节点（大脑中的神经元，宇宙中的星系）通过细丝连接。

神经元和星系都有一个典型的尺度半径，它只是细丝长度的一小部分。节点之间的信息和能量流动仅占每个系统质量和能量含量的 25% 左右。

大脑的构成和宇宙的构成有着相似之处

人类大脑的功能得益于其广泛的神经元网络，该网络被认为包含大约 690 亿个神经元。另一方面，可观测宇宙由至少 1000 亿个星系组成的宇宙网组成。在这两个系统中，只有 30% 的质量由星系和神经元组成。

在这两个系统中，70% 的质量或能量分布由扮演明显被动角色的成分组成：大脑中的水和可观测宇宙中的暗能量。

大脑和宇宙的“成分比率”有着相似之处

研究人员注意到大脑和宇宙网之间另外两个有趣的相似之处。第一个是成分比率。大脑有 77% 是水，而宇宙网同样有大约 73% 的暗能量。

水和暗能量不是网络本身的一部分，而是被视为“被动材料”或被动能量。被动能量的存在和比例可能与这些网络的形成方式有关。

第二个令人着迷的相似之处是，绘制模拟宇宙模型所需的计算机数据量与人脑的理论记忆存储极限相当。需要 1-10 拍字节（1 拍字节 = 1000 太字节）的数据来模拟可观测宇宙在宇宙网变得明显的尺度上的演化，估计在人脑的总存储容量约为 2.5 PB。

理论上，人类可以将可观测宇宙结构的很大一部分存储在他们的大脑中。或者，更令人惊讶的是，宇宙网理论上可以存储人类一生经历的数据。

除了相似之处，大脑和宇宙对比，存在更多的是“差异”

除了相似之处，宇宙网和大脑之间也存在差异，虽然使用的大脑样本来自大脑皮层，但整个大脑并不统一。大脑的不同部分是为不同的目的而构造的，而宇宙的一个关键特征是它在几乎所有方向上的均匀性。

大脑神经元之间的联系是为了传递感觉信息，而宇宙中的联系只传递能量和物质。Vazz 和 Feletti 希望他们的研究能够激发更强大算法的开发，以发现大脑与宇宙之间更多的相似之处。