creierul noastre capacitate de memorie de 10 ori mai mare decât se credea anterior
Modelul de calculator al sinapsă - conectarea neuroni, care sunt considerate a fi responsabile pentru memorie
Cineva a spus odată că creierul uman - cel mai complex organizat al materiei din univers. Cu greu si-a putut imagina cât de mult este corect. Oamenii de știință, Neurologii de la Institutul Salk pentru Studii Biologice din California au studiat caracteristicile conexiunilor neuronale, și a constatat că capacitatea de informare a creierului este mult mai mare decat se credea anterior. Ei au descoperit, de asemenea, o tactică rațională, folosit de creier pentru a crește capacitatea de calcul minimizând în același timp consumul de energie. Mai mult decât atât, această descoperire ar putea ajuta inginerii crea o nouă clasă de calculatoare cu putere de procesare incredibilă și un consum redus de energie.
Cum creierul stochează informația?
Informații de volum în calculator poate fi măsurată prin numărul de biți (0 sau 1), care pot fi învățate și stocate. În creier, informațiile sunt stocate sub formă de rezistență sinapse. Synapse - punctul de contact între doi neuroni, prin care transmiterea impulsurilor nervoase, si puterea synapse - masura a modului activ un neuron afectează celălalt.
Rezultatele pot ajuta inginerii pentru a crea o nouă clasă de calculatoare cu putere de procesare incredibilă și un consum redus de energie.
Numărul de valori diferite de putere pot fi măsurate în biți. Prin urmare, capacitatea de memorie totala a creierului depinde de numărul de sinapse și numărul sinaptica de forțe distincte. Prin urmare, pentru a determina cantitatea de memorie a creierului întrebarea importantă este - cât de multe informații pot fi stocate în sinapse.
Imagine generată de Life Science Baze de date (LSDB)
[CC BY-SA 2.1 jp]
Modelul tridimensional al hipocampului (în roșu)
Care este capacitatea memoriei creierului uman?
Folosind metode moderne de microscopie electronica, cercetatorii au construit 3D-model în miniatură (dimensiunea unei celule din sange) felii de țesut de hipocampus (parte a creierului responsabile pentru memorie) șobolani. Modelul recreat formă compus, volumul și suprafața țesutului cerebral până la nivelul nanomolecular. Este posibil să se compare dimensiunea de tepii dendritice, care formeaza sinapse. Din cauza variabilității aleatorie a activității sinaptice, în scopul de a asigura precizia de măsurare necesară o activitate medie pentru câteva minute. Având în vedere, de asemenea, numărul mare de conexiuni intre neuroni, modelare necesita putere de calcul deosebită.
În primul rând, sa dovedit că unele dintre axonilor (aproximativ 10 la suta din cazuri) este format din două sau mai multe sinapse la un dendrite, dar pe diferite tepii dendritice. La început, oamenii de știință nu a acordat o mare importanță pentru o astfel de duplicare, dar apoi a dat seama cum să-l folosească. Aceste sinapse sunt de putere egale, pentru că au avut aceeași istorie a activității neuronale. În plus, este cunoscut faptul că dimensiunea și puterea spinilor sinaptice sunt legate direct. Aceste uimitoare funcție este posibil să se estimeze variabilitatea plasticității sinaptice, și astfel numărul de biți de informație care poate stoca o sinapsă.
Măsurarea într-un cub de țesut cerebral a arătat că incrementul forței este de numai 8%, și există 26 de dimensiuni diferite de tepii dendritice. Deci, există 26 de niveluri de putere sinapse. Și oamenii de știință au recunoscut că acest lucru nici unul dintre ei ar fi de așteptat. Anterior se credea că sinapsa poate avea doar câteva state (de exemplu, puternic, mediu, slab, care spune un sistem de semnalizare ternar). Cu toate acestea, rezultatele obținute indică faptul capacitate de aproximativ 4,7 biți de informație într-un singur sinapsă (24,7 ≈ 26). Definirea capacității de informare a unui singur neuron, putem estima volumul întreaga memorie umană.
2 sinapsă (indicată prin săgeți) între un axon (galben) și un dendrite (gri)
26 de nivele de rezistență sinapse
„Aceasta este o bombă adevărată în domeniul neurologiei. Noua noastră capacitate de memorie de măsurare a creierului crește reținut factor de evaluare de 10, la cel puțin un petabyte, care este comparabil cu volumul de World Wide Web. " 3
Ce este un Petaoctet? 1 000 000 000 000 000 octeți de informații. Dar unii cred că această estimare este prea mică. De exemplu, Paul Reber Northwestern University consideră că acest volum poate fi de la 3 la 5 petabytes. 4
soluție eficientă uimitoare
Ceea ce este surprinzător într-o astfel de creștere de precizie de forță, pentru că este ceea ce este la prima vedere, în contrast cu bine-cunoscut ei înșiși lipsa de fiabilitate sinapse. Atunci când un neuron transmite un semnal la altul, în mod tipic activarea unui alt neuron are loc numai în 10-20% din cazuri.
Oamenii de știință recunosc că au întrebat adesea cum o astfel de precizie uimitoare a creierului furnizate de aceste sinapse nesigure. Răspunsul care implică oameni de știință, constă în faptul că sinapselor sunt ajustate în mod constant, că nivelurile agregate ale operațiunilor reușite și nereușite. Pe de o parte acest lucru permite reducerea consumului de energie, ca și în cazul în care sinapsei este activ 10-20% din timp, consumul său este redus cu 80%, comparativ cu o activitate constantă.
Sub aparentul haos și dezordine a creierului ascunde o precizie incredibila de dimensiuni si forme ale sinapselor, care a fost ascuns de la noi. Am găsit cheia de la soluția constructivă ca neuronii hipocampici tratate cu astfel de cantități uriașe de date în timp ce consuma cât mai puțină energie. Această tehnică inteligentă folosită de creier, ne spune principiile de calculatoare mai bune.
cercetatorii publice astfel de informații principiu de stocare poate reduce în mod semnificativ consumul de energie în timp ce creșterea volumului de lucru al datelor. Acest lucru explică în parte faptul că creierul uman este cel mai eficient dispozitiv de calcul din lume (chiar supercomputere lăsând mult în urmă), și, în același timp, consumă 15 până la 45 de wați de putere.
„Ceea ce am găsit deschide perspective mari. Sub aparentul haos și dezordine a creierului ascunde o precizie incredibila de dimensiuni si forme ale sinapselor, care a fost ascuns de la noi „- spune Sejnowski, și adaugă -“ Am găsit cheia de la soluția constructivă ca neuronii hipocampici tratate cu astfel de cantități uriașe de date în timp ce consuma cât mai puțină energie. Această tehnică inteligentă folosită de creier, ne spune principiile de calculatoare mai bune. Se pare că utilizarea transmisiei probabilist asigură o precizie ridicată și necesită mult mai puțină energie pentru computer și creierul. "
Solutia constructiva fara proiectantul? Un astfel de nivel uimitor de organizare și de protocol obligatoriu reglementează sinapselor, acest cod pe care trebuie încă să descopere, respinge orice declarații cu privire la evolutia creierului prin procese naturale. Strategii, algoritmi, principiile de proiectare implicate în creier, poate veni numai de la un designer de supranatural, pe care noi, oamenii, încă multe de învățat!
Aceasta este o cercetare excelentă și promițătoare care deschide noi perspective. Dar este surprinzător faptul că acești oameni sunt întotdeauna vorbesc despre „marele design“, „descoperirile de inginerie ingenioase“ și „soluții de proiectare eficiente“ în natură, și copia aceste decizii, deoarece acestea depășesc limitele inventat de departe de oameni. Și au uitat (sau nu vor) să plătească tribut celui care a creat și de ei înșiși, precum și tehnologiile pe care le copiază în creația sa.