на мозъка ни капацитет на паметта 10 пъти по-големи, отколкото се смяташе
Компютърен модел на синапсите - свързване на невроните, които се смятат за отговорни за паметта
Някой беше казал, че човешкият мозък - най-сложните, организиран от материята във Вселената. Той едва ли може да си представи колко е прав. Учените, невролози от Институт по биология Солк в Калифорния са проучили характеристиките на невронни връзки, и е установено, че капацитетът на информация на мозъка е много по-висока, отколкото се смяташе досега. Те също така разкри рационално тактика, използвана от мозъка, за да увеличи своя капацитет компютри, като същевременно минимизират консумацията на енергия. Нещо повече, това откритие може да помогне на инженерите да създадат нов клас компютри с невероятна сила преработка и ниска консумация на енергия.
Как мозъкът съхранява информацията?
информация том в компютъра може да се измерва с броя на битовете (0 или 1), които могат да бъдат научени и се съхранява. В мозъка, информация се съхранява под формата на съдържание на синапсите. Synapse - точката на контакт между два неврона чрез който предаването на нервните импулси и силата на синапса - мярка за това колко активно един неврон засяга друга.
Резултатите могат да помогнат на инженерите да създадат нов клас компютри с невероятна сила преработка и ниска консумация на енергия.
Броят на различни стойности на мощност може да бъде измерена в бита. Следователно, общият капацитет на паметта на мозъка зависи от броя на синапси и синаптичната брой различни сили. Ето защо, за да се определи размера на паметта на мозъка важен въпрос е - колко информация може да се съхранява в синапса.
Изображение, генерирани от Life Science Бази данни (LSDB)
[CC BY-SA 2.1 JP]
Триизмерен модел на хипокампуса (в червено)
Какъв е капацитетът на мозъка паметта на човека?
Използване на съвременните методи за електронна микроскопия, изследователите са конструирани 3D модел миниатюрен (размер на кръвни клетки) филийки хипокампална тъкан (част от мозъка, отговорни за памет) плъхове. Модел пресъздадени съединение форма, обемът и повърхността на мозъчната тъкан до ниво наномолекулярната. Възможно е да се сравни с размера на дендритни бодли, които формират синапси. Поради случайният променливостта на синаптичната активност, за да се гарантира точността на измерването изисква средна активност в продължение на няколко минути. Като се има предвид също така огромен брой връзки между невроните, моделиране изискват висока изчислителна мощност.
На първо място, се оказа, че някои от аксоните (около 10 на сто от случаите) се формира от две или повече синапси на един дендритите, но по различни дендритни бодли. На първо място, учените не отдават голямо значение на такова дублиране, но след това осъзнах как да го използвате. Тези синапси са с еднаква сила, защото те са имали една и съща история на невронна активност. В допълнение, известно е, че размерът и силата на синаптичните шипове са пряко свързани. Това невероятно зависимост възможно да се изчисли променливостта на синаптична пластичност и по този начин броя на битовете на информацията, която може да съхранява един синапс.
Измерване в малък куб на мозъчната тъкан, показва, че нарастването на сила е само 8%, и има 26 различни размери на дендритни бодли. Така че, има 26 нива на силата на синапсите. И учените са признали, че е очаквал това нито един от тях. По-рано се смяташе, че синапсите може да има само няколко държави (например, силен, среден, слаб, който казва, трикомпонентна система за сигнализация). Въпреки това, получените резултати показват капацитет от около 4.7 бита информация в един синапс (24.7 ≈ 26). Определяне на капацитета на информация от един-единствен неврон, ние можем да се изчисли обема на цялата човешка памет.
2 синапс (показано със стрелки) между един аксон (жълт) и един дендрит (сиво)
26 нива на синапса якост
"Това е истинска бомба в областта на неврологията. Нашият нов капацитет на паметта измерване на мозъка се увеличава сдържан фактор за оценка на 10, най-малко един петабайта, което е съпоставимо с обема на World Wide Web. " 3
Какво е петабайт? 1 000 000 000 000 000 байта информация. Но някои смятат, че тази оценка е твърде ниска. Например, Павел Reber Северозападния университет смята, че този обем може да бъде от 3 до 5 петабайта. 4
Зашеметяване ефективно решение
Какво е изненадващо по такъв прецизност нарастване на сила, защото това е, което е на пръв поглед, за разлика от добре познатия ненадеждността се синапсите. Когато един неврон предава сигнал към друг, обикновено активирането на друг неврон среща само в 10-20% от случаите.
Учените признават, че те често се чудеше как такава удивителна точност на мозъка, предоставена от тези ненадеждни синапси. Отговорът, който включва учени, се крие във факта, че синапси са постоянно регулира така, че обобщените нива на успешни и неуспешни операции. От една страна, това позволява да се намали консумацията на енергия, като синапса е активен 10-20% от времето, консумацията му се намалява с 80% в сравнение с постоянна активност.
Под привидната хаоса и разстройство на мозъка крие невероятна точност на размери и форми на синапсите, които са били скрити от нас. Ние открихме, че ключът към конструктивно решение, тъй като хипокампуса неврони, третирани с такива огромни количества данни, докато консумират по-малко енергия. Този умен техника, използвана от мозъка, ни казва, принципите на по-добри компютри.
Публичните изследователи принцип за съхранение на такава информация може значително да намали консумацията на енергия при увеличаване на работния обем на данни. Това отчасти обяснява факта, че човешкият мозък е най-ефективният компютърно устройство в света (дори и суперкомпютри оставяйки далеч зад себе си), а в същото време консумира 15 до 45 вата мощност.
"Това, което ние открихме отваря големи перспективи. Под привидната хаоса и разстройство на мозъка крие невероятна точност на размери и форми на синапсите, които са били скрити от нас "- казва Sejnowski и добавя -" Ние открихме, че ключът към конструктивно решение, тъй като хипокампуса неврони, третирани с такива огромни количества данни, докато консумират по-малко енергия. Този умен техника, използвана от мозъка, ни казва, принципите на по-добри компютри. Оказва се, че използването на вероятностни трансмисия осигурява висока точност и изисква много по-малко енергия за компютъра и мозъка. "
Конструктивно решение без дизайнер? Такава зашеметяващ ниво на организация и задължително протокол урежда синапси, този код, че ние все още трябва да откриеш, отхвърля всякакви твърдения за еволюцията на мозъка чрез естествени процеси. Стратегии, алгоритми, принципи на проектиране, участващи в мозъка, могат да дойдат само от свръхестествена дизайнер, който ние, хората, все още има много да се учат!
Това е отлична и обещаващи изследвания, които откриват нови перспективи. Но това не е изненадващо, че тези хора са винаги говорят за "велик дизайн", "находчиви инженерни открития" и "ефективни дизайнерски решения" в природата, и копират тези решения, защото те далеч надхвърлят изобретен от хора. И те забравя (или не искат) да отдаде почит на този, който е създал и на себе си, и на технологиите, че те копират в Своето творение.