Den Menneskelige Hjernes Hukommelse Kunne Gemme Hele Internettet

{h1}

Kapaciteten af ​​den menneskelige hjerne kunne være stor nok til at gemme alt på internettet, ca. 10 gange større end tidligere troet.

Den menneskelige hjerne kan være i stand til at holde så meget information i sin hukommelse, som det findes på hele internettet, foreslår ny forskning.

Forskere opdagede, at i modsætning til en klassisk computer, der koder information som 0s og 1s, bruger en hjernecelle 26 forskellige måder til at kode sine "bits". De beregnede at hjernen kunne gemme 1 petabyte (eller en quadrillion bytes) af information.

"Dette er en rigtig bombeshell inden for neurovidenskab," siger Terry Sejnowski, biolog ved Salk Institute i La Jolla, Californien, i en erklæring. "Vores nye målinger af hjernens hukommelseskapacitet øger konservative estimater med en faktor på 10."

Fantastisk computer

Hvad mere er, den menneskelige hjerne kan gemme denne forfærdelige mængde information, mens du nipper til lige nok strøm til at køre en svag lyspære. [Top 10 mysterier i sindet]

I modsætning hertil ville en computer med samme hukommelse og forarbejdningseffekt kræve 1 gigawatt af strøm, eller "stort set et helt atomkraftværk til at køre en computer, der gør hvad vores computer gør med 20 watt", siger undersøgelsen medforfatter Tom Bartol, en neuroscientist ved Salk Institute.

Teamet ønskede især at se nærmere på hippocampus, en hjerneområde, der spiller en central rolle i læring og kortvarig hukommelse.

For at eliminere mindets hemmeligheder tog forskerholdet et tynde skive af en rottehippocampus, lagde det i balsamfluid og skivede det tyndt med en ekstremt skarp diamantkniv, en proces som ligner at "skære en appelsin," sagde Bartol. (Selv om en rotters hjerne ikke er identisk med en menneskelig hjerne, er de grundlæggende anatomiske træk og funktion af synapser meget ens på tværs af alle pattedyr.) Holdet indlejrede derefter det tynde væv i plastik, så på det under et mikroskop og skabte digitale billeder.

Derefter tilbragte forskere et år sporing, med pen og papir, hver type celle, de så. Efter al den indsats havde teamet sporet alle cellerne i prøven, et svimlende lille vævsmængde. [Billedgalleri: Einstein's Brain]

"Du kunne passe 20 af disse prøver på tværs af bredden af ​​et enkelt menneskehår," sagde Bartol til WordsSideKick.com.

Størrelsesfordeling

Derefter tællede holdet alle de komplette neuroner eller hjerneceller i vævet, som udgjorde 450. Af dette tal havde 287 de fuldstændige strukturer, forskerne var interesserede i.

Neuroner ser lidt ud som hævede, uhyggelige balloner, med lange tendrils kaldet axoner og dendritter, der slår ud fra cellekroppen. Axons virker som hjernecelleens udgangstråd og sender en flurry af molekyler kaldet neurotransmittere, mens små rygsøjler på dendritter modtager de kemiske meddelelser, der sendes af axonen over et smalt hul, kaldet synaps. (Det specifikke punkt på dendritet, hvor disse kemiske meddelelser transmitteres over synaps kaldes den dendritiske rygsøjle.) Den modtagende hjernecelle kan derefter udbrænde sin egen cache af neurotransmittere for at videresende denne besked til andre neuroner, men oftest er det gør ingenting som svar.

Tidligere arbejde havde vist, at de største synapser dværger de mindste med en faktor på 60. Denne størrelsesforskel afspejler styrken af ​​den underliggende forbindelse - mens de gennemsnitlige neuronrelæer indleder signaler omkring 20 procent af tiden, kan denne procentdel stige over tid. Jo mere en hjerne kredsløb får en træning (det vil sige, jo flere netværk af neuroner aktiveres), jo højere er oddsene, at en neuron i det kredsløb vil ild, når en anden sender det et signal. Processen med at styrke disse neurale netværk synes at forstørre det fysiske kontaktpunkt ved synapserne, hvilket øger mængden af ​​neurotransmittere, de kan frigive, sagde Bartol.

Hvis neuroner i det væsentlige snakkes til hinanden på tværs af en synap, siger en hjernecelle, der kommunikerer på tværs af en større synap, en højere stemme end en, der kommunikerer på tværs af en mindre synaps, siger Bartol.

Men forskere har ikke forstået meget om, hvor mange størrelser neuroner der var, og hvordan de ændrede sig som svar på signaler.

Så bemærkede Bartol, Sejnowski og deres kolleger noget sjovt i deres hippocampale skive. Omkring 10 procent af tiden sprang en enkelt axon ud og forbandt til samme dendrit ved to forskellige dendritiske rygsøjler. Disse oddball-axoner sendte nøjagtigt det samme input til hver af punkterne på dendritet, men størrelserne af synapserne, hvor axoner "tal" til dendritter varierede med gennemsnitligt 8 procent. Det betød, at den naturlige variation i, hvor meget en besked mellem de to ændrede den underliggende synaps var 8 procent.

Så spurgte teamet: Hvis synapser kan variere i størrelse med en faktor på 60, ​​og størrelsen af ​​en synapse varierer med ca. 8 procent på grund af ren chance, hvor mange forskellige typer af synaptiske størrelser kan passe inden for dette størrelsesområde og detekteres som anderledes af hjernen?

Ved at kombinere disse data med signaldetekteringsteori, der dikterer, hvordan forskellige to signaler skal være, før hjernen kan opdage en forskel mellem dem, fandt forskerne, at neuroner kunne komme i 26 forskellige størrelsesområder. Dette afslørede i det væsentlige, hvor mange forskellige mængder af "stemmer" neuroner bruger til at snakke med hinanden. Tidligere troede forskere, at disse hjerneceller kom i få få størrelser.

Derefter kunne de beregne præcis, hvor meget information der kunne overføres mellem to neuroner. Computere gemmer data som bits, som kan have to potentielle værdier - 0 eller 1.Men den binære besked fra en neuron (til brand eller ej) kan producere 26 forskellige størrelser af neuroner. Så de brugte grundlæggende informationsteori til at beregne, hvor mange bits data hver neuron kan holde.

"For at konvertere nummer 26 til enheder af bit, siger vi blot 2, der er hævet til n-effekten, lig med 26 og løser for n. I dette tilfælde er n lig med 4,7 bit," sagde Bartol.

Denne lagerkapacitet omsætter til ca. 10 gange, hvad der tidligere blev troet, rapporterede forskerne online i tidsskriftet eLife.

Utrolig effektiv

De nye fund fremhæver også hvordan hjernen opbevarer information, mens den forbliver ret aktiv. Den kendsgerning, at de fleste neuroner ikke brænder som reaktion på indkommende signaler, men kroppen er yderst præcis til at oversætte disse signaler til de fysiske strukturer. Delvist forklarer hvorfor hjernen er mere effektiv end en computer: De fleste af dens tunge løftere er ikke gør noget meste af tiden.

Men selvom den gennemsnitlige hjernecelle er inaktiv 80 procent af tiden, forklarer det stadig ikke, hvorfor en computer kræver 50 millioner gange mere energi til at gøre de samme opgaver som en menneskelig hjerne.

"Den anden del af historien kan have at gøre med, hvordan biokemi virker i forhold til, hvordan elektroner arbejder i en computer. Computere bruger elektroner til at foretage beregningerne, og elektroner, der flyder i en ledning, giver meget varme, og den varme er spildt energi, "Sagde bartol. Biokemiske veje kan simpelthen være meget mere effektive, tilføjede han.

Følg Tia Ghose på Twitterog Google+. Følge efter WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.


Video Supplement: The world needs all kinds of minds | Temple Grandin.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com