Мозг может хранить в 10 раз больше данных, чем ранее предполагалось

Долгое время считалось, что синапсы, передающие информацию между нейронами, ограничены размером и силой, поэтому существует ограниченный объем памяти мозга. В последние годы различные исследования подвергли сомнению эту теорию, а новая работа американских ученых представила очередные доказательства в пользу того, что головной мозг может хранить значительно больше данных.

Новые выводы об объеме памяти мозга получены благодаря разработке высокоточного математического метода оценки силы связей между нейронами на модели крыс.

Как известно, синапсы составляют основу для обучения и памяти, поскольку клетки мозга коммуницируют через них.

Ученые исследовали, как и насколько синапсы усиливаются и ослабляются. Благодаря этому удалось определить, что они могут хранить в 10 раз больше информации. Анализ синапсов крыс в области гиппокампа показал, что они могут хранить от 4,1 до 4,6 бит информации.

Научно-популярное издание Live Science прокомментировало: " Лучше поняв, как и насколько синапсы усиливаются и ослабевают, ученые точнее определили, сколько информации могут хранить эти связи. Исследование, опубликованное 23 апреля в журнале Neural Computation, демонстрирует, как это открытие может не только улучшить наше понимание обучения, но и старения и болезней, которые разрушают связи в мозге."

«Эти данные помогают подтвердить более ранние выводы нейробиологов о том, что синапсы несут гораздо больше, чем один бит информации», — прокомментировали авторы.

В головном мозге человека насчитывается более 100 триллионов синапсов. Они усиливаются или ослабляются в зависимости от активности нейронов. Это явление принято называть синаптической пластичностью. По мере старения или на фоне развития болезней, таких как деменция, синапсы становятся менее пластичными.

Команда учёных применила концепцию теории информации для анализа пар синапсов гиппокампа крысы — на прочность, пластичность и точность пластичности. Применённый подход представляет собой математический способ обработки информации и выглядит как анализ входных данных, проходящих через зашумленный канал и восстанавливаемых на другом конце.

Методология, применяемая в компьютерных науках, была применена к живой ткани мозга, чтобы оценить количество битов, которые могут хранить синапсы.

Этот подход "позволяет ученым количественно оценить, сколько информации может быть передано через синапсы, принимая во внимание «фоновый шум» мозга".

Эта передаваемая информация измеряется в битах, при этом синапс с большим количеством бит может хранить больше информации, чем синапс с меньшим количеством бит, сказал Терренс Сейновски, соавтор исследования и руководитель Лаборатории вычислительной нейробиологии в Институте биологических исследований Солка, отвечая в электронном письме на вопрос журналиста издания Live Science. Один бит соответствует синапсу, отправляющему передачи с двумя уровнями интенсивности, в то время как два бита допускают четыре уровня интенсивности и так далее.

Анализ показал, что синапсы в гиппокампе могут хранить от 4,1 до 4,6 бит информации. Исследователи пришли к аналогичному выводу в более раннем исследовании мозга крысы, но в то время они обрабатывали полученные данные менее точным методом. Новое исследование помогает подтвердить то, что многие нейробиологи сейчас предполагают — то что синапсы несут гораздо больше одного бита информации каждый, сказал журналисту Live Science в электронном письме Кевин Фокс, профессор нейробиологии в Кардиффском университете в Великобритании, который не принимал участия в исследовании.

В будущем применённый учеными метод также можно будет использовать для сравнения информационной емкости различных областей мозга, сказал Фокс. По его мнению, этот подход также можно будет использовать для сравнительного изучения одной и той же области мозга, когда она здорова и когда она находится в болезненном состоянии.

«Эти подходы проникают в суть способности нейронных цепей обрабатывать информацию», — рассказал в электронном письме Live Science доцент кафедры нейрофизиологии Чикагского университета Джай Йy, не принимавший участия в исследовании. «Возможность оценить, сколько информации может быть потенциально представлено, является важным шагом на пути к пониманию способности мозга выполнять сложные вычисления».

Однако Йy обратил внимание на ограничение научной работы: результаты основаны на изучении очень небольшой области гиппокампа крысы, поэтому неясно, как они будут масштабироваться на весь мозг крысы и тем более человека. «Было бы интересно определить, как эта способность к хранению информации варьируется в зависимости от мозга у разных биологических видов», отметил Йy.

В настоящее время авторы научной работы продолжают исследования, чтобы подтвердить выводы для синапсов из других областей головного мозга помимо гиппокампа.

источник: издание Live Science - статья The brain can store nearly 10 times more data than previously thought, study confirms

Источник: vk.com

Комментарии: