Объём памяти в человеческом мозге оказался невероятно большим. Эту тему исследовали американские неврологи: авторы научной работы Терри Сейновски (Terry Sejnowski) из института биологических исследований Солка и Кристен Харрис (Kristen Harris) из университета Техаса в Остине, с коллегами. Их статья опубликована в журнале eLife.Учёные изучили, как функционируют нейроны гиппокампа, при низком энергопотреблении они показывают высокую производительность. Оказалось, что вместимость мозга может быть в десять раз больше, чем считалось ранее. «Это настоящая бомба в неврологии, — говорит Сейновски. — Наши измерения объёма памяти в мозге увеличивают консервативную оценку в 10 раз как минимум до петабайта, примерно до объёма всей информации в интернете».
Сейновски, очевидно, имеет в виду только текстовую информацию. Но даже в этом случае такая оценка очень впечатляет.
В своей работе исследователи построили 3D-модель ткани гиппокампа крысы, на основе фактических данных. И в этой модели обнаружилось кое-что странное. Синапсы — соединения между нейронами — оказались продублированы в 10% случаев. То есть там были не одиночные, а парные синапсы.
Чтобы замерить разницу между этими продублированными синапсами, группа Сейновского провела реконструкцию связности, форм и объёмов вещества мозга крысы на наномолекулярном уровне, используя современные микроскопы и вычислительные алгоритмы.
«Мы были поражены, когда обнаружили, что разница в размере синапсов из пар оказалась очень маленькой, всего лишь около 8%, — говорит Том Бартол (Tom Bartol), один из учёных. — Никто не думал, что разница окажется настолько маленькой. Это такой трюк от природы».
Открытие, что разница в размере синапсов может составлять всего 8%, означает возможность существования 26 категорий размеров синапсов (по силе синаптической связи), а не всего нескольких, как считалось раньше. Это значительно повышает «разрядность» системы, что означает существенное увеличение потенциального объёма хранимой информации (примерно 4,7 бита на синапс). Результаты исследования демонстрируются в видеоролике.
Как работают синапсы
«Грубо говоря, здесь на порядок более высокая точность, чем кто-либо мог представить, — объясняет Сейновски. — Последствия это открытия могут быть серьёзными. Под видимым хаосом и беспорядком вещества мозга находится высокая точность и аккуратный порядок, который раньше был скрыт от нас».
Расчёты учёных показывают, что синапсы изменяют свой размер и свойства, в зависимости от передаваемого сигнала. Примерно 1500 передач нейроимпульса вызывают изменения в маленьких синапсах (занимает около 20 минут), в то время как пару сотен передач (1-2 минуты) изменяют большие синапсы.
Другими словами, каждые 2-20 минут синапсы в мозге изменяют размер, настраиваясь на передаваемый сигнал.
Сделанные открытия в работе синапсов могут найти применение и в информатике, в разработке сверхточных и энергоэффективных систем, использующих техники глубинного обучения (deep learning) и нейросетей. «Этот трюк мозга определённо поможет проектировать лучшие компьютеры, — сказал Сейновски. — Использование вероятностной передачи оказалось не менее точным и намного более энергоэффективным как в компьютерах, так и в мозге».
Комментарии (26)
myxo
21.01.2016 15:29+20А теперь с журналистского на человеческий.
Ученые открыли некое новое свойство соседних синапсов, которое помогло им посчитать сколько информации теоретически может нести один синапс (оказалось, что 4.7 бита).
А потом какой-то умный человек взял это число, помножил на количество синапсов, предположил, что можно сделать устройство, которое может считывать информацию с каждого синапса по-отдельности (и эта информация будет иметь смысл), и получил число 1 петабайт.
Artima
21.01.2016 15:38-14,7 бита — это как, вообще?
Nulliusinverba
21.01.2016 16:20+1нет, там ~4.7
это число, полученное в ходе вычислений, это усредненный показатель.
EugeneButrik
21.01.2016 17:30+7При 26-ти значениях силы синапса, получается log226 = 4,700439718141093… бит на синапс.
NeoCode
21.01.2016 16:53То есть если я в будущем захочу скачать чей-то разум с торрентов, то для разумного времени скачивания (хотя-бы несколько дней непрерывной работы) нужен канал не менее 10 Гбит/сек.
Artima
21.01.2016 17:37То есть, если вы захотите скачать весь петабайт из головы своего коллеги, то через голосовой интерфейс (190 слов в минуту) вам не хватит жизни, похоже.
xiWera
21.01.2016 18:43+3Желтизна заголовка несколько напрягает. Изначальная статья рассуждает лишь о диапазоне пластичности синаптических связей в мозгу. Но Aлизар, почему-то, переиначил заголовок, как-будто описываемый в статье параметр 1:1 отображается на количество информации, которе мозг может сохранить. Петабайт из статьи это не количество информации в мозгу, это количество информации требуемое для описания синаптических связей в мозгу. А каждого нейрона еще как минимум есть очень непростое внутреннее состояниею
amarao
21.01.2016 19:21+3Петабайт? Информация во всём интернете? Эм… Петабайт — это всего-то сотня жёстких дисков на 10Тб каждый. Если считать, что кот есть у каждого десятого жителя планеты, и каждый десятый владелец кота каждый десятый день жизни кота аплоадит в форме 10Мб видео, то это 60Тб котиков каждый день. Петабайта хватит на хранение онгоинга котиков за 16 суток существования человечества.
vanxant
21.01.2016 20:30информации там нет, это просто шум. все эти 60тб сжимаются в 20 байт (онгоинг котиков)
darkfrei
22.01.2016 00:47Сейновски, очевидно, имеет в виду только текстовую информацию. Но даже в этом случае такая оценка очень впечатляет.
Даже наоборот, петабайт текста звучит солиднее чем петабайт фильмов в 4K и прочего медиа.
zim32
22.01.2016 02:14А потом окажется что 90% занято под системную память и только 10% доступно приложениям
tnenergy
Если кто-то, как и я, удивился ученым, которые не подозревали о существовании у синапсов разных размеров, то загадка разрешается просто. В оригинальной статье сказано «We found that there is a minimum of 26 distinguishable synaptic strengths, corresponding to storing 4.7 bits of information at each synapse.», т.е. речь идет не о размере, а о силе синаптической связи между двумя нейронами.
alizar
Мой косяк, спасибо за поправку.