Capacitatea memoriei creierului uman este de zece ori mai mare decât sa crezut

Creierul uman are o capacitate care este de zece ori mai mare decât se credea mai înainte.

Fapt susţinut de oamenii de ştiinţă care au măsurat capacitatea de stocare a sinapselor, conexiuni ale creierului care sunt responsabile pentru stocarea memoriei.

Ei au descoperit că, în medie, o sinapsă poate deţine aproximativ 4.7 biţi de informaţie. Aceasta înseamnă că creierul uman are o capacitate de un petabait, sau 1 000 000 000 000 000 baiţi.

Un petabait este aproximativ aceeaşi ca 20 de milioane de dulapuri cu patru sertare pline cu text sau aproximativ 13.3 ani de înregistrări HD-TV.

Ca şi computerul, creierul are o capacitate de stocare care determină câtă memorie poate el reţine.

Cu toate acestea, în timp ce puterea computerului poate poate fi măsurată cu acurateţe în biţi, cantitatea de informaţii pe care creierul o poate procesa depinde de intensitatea semnalelor electrice care sunt transmise între neuroni.

Prin urmare, înţelegerea modului în care aceste semnale sunt mediate, este esnţial, dacă dorim să descoperim capacitatea totală de memorie a creierului.

Deşi, o măsurare precisă a acestei capacităţi nu a fost convenită, un nou studiu care a apărut în revista eLife sugerează că estimările brute anterioare pot subestima semnificativ capacităţile de stocarea a memoriei creierului.

De fapt, ei sugerează că capacitatea noastră de memorie poate fi de zece ori mai mare, decât sa crezut până acum.

Noul studiu, de asemenea, răspunde la o întrebare de lungă durată, cum creierul poate fi atât de eficient energetic şi ar putea ajuta inginerii sa construiască computere puternice care în acelaş timp să economisească energia.

„Aceasta este o bombă reală în domeniul neurologiei”, a spus Terry Sejnowski, profesor la Institutul Salk şi co-autorul lucrării publicate în eLife.

„Noi am descoperit cheia pentru deblocarea principiului construcţiei a modului cum neuronii hipocampuslui funcţionează cu consum redus de energie, dar, cu o mare putere de calcul.

Noile noastre măsurări a capacităţii de memorie a creierului cresc estimările prudente cu un coeficient de la cel puţin 10 la un petabait (stocare a datelor care echivalentă cu 2 la puterea 50), similar ca World Wide Web”.

Memoria şi gândurile noastre sunt procese electrice şi chimice a activităţii creierului nostru.

Celule nervoase, comunică una cu alta prin intermediul unor anexe numite axoni şi dendrite,  primii  transportă semnalele electrice la periferie mai departe în afara corpului celulei iar cel din urmă transmite impulsurile nervoase primite de la alte celule.

Axonul unui neuron se întâlneşte cu o dendrită a altei celule nervoase la o joncţiune numită sinapsă, mărimea căreia determină intensitatea semnalelor care ea o poate transmise.

Semnalele călătoresc peste sinapse ca substanţe chimice, numite neurotransmiţători pentru a spune neuronului receptor dacă să transmită un semnal electric la alţi neuroni.

Cifra diferită a puterii semnalului generată de fiecare sinapsă, dictează cât de multă informaţie poate fi procesată, ceea ce înseamnă că capacitatea totală de memorie a creierului depinde de numărul de sinapse care el le conţine.

Fiecare neuron poate avea mii de aceste sinapse cu mii de alţi neuroni.

Sinapsele sunt încă un mister, deşi se ştie, disfuncţiile lor pot provoca o serie de boli neurologice.

Sinapsele mai mari sunt mai puternice, ceea ce face mai probabilă activarea neuronilor din jurul acestora, decât din jurul sinapselor medii sau mici.

În timp ce se făcea o reconstrucţie 3D de ţesut de hipocampus de şobolan, echipa lui Salk a observat ceva neobişnuit.

În unele cazuri, un singur axon a unui neuron forma două sinapse ce se conectau la o singură dendrită a unui al doilea neuron.

La început, cercetătorii nu au luat în considerare această duplicitate, care se întâlnea în 10% de cazuri în hipocampus.

Dar Tom Bartol, un cercetător din echipa Salk, a avut o idee: dacă s-ar putea măsura diferenţa dintre aceste două sinapse foarte similare, cum ar fi acestea,  ei ar  avea o înţelegere mai bună ce priveşte dimensiunile sinaptice.

„Am fost uimiţi să constatăm că diferenţa în dimensiunile sinapselor perechi este foarte mică, în medie, de doar circa opt procente. Nimeni nu a crezut că ar fi o aşa mică diferenţă. Aceasta este o deviere de la natură”, a spus Bartol.

Deoarece capacitatea de memorie a neuronilor depinde de mărimea sinapselor, această diferenţă de opt procente sa dovedit a fi un număr cheie la care echipa apoi ar putea conecta modelele lor algoritmice.

„Datele noastre sugerează că sunt de 10 ori mai multe dimensiuni distincte a sinapselor decât se credea anterior”, a declarat Bartol.

În termeni de calculator, 26 de mărimi diferite a sinapselor  corespunde cu aproximativ cu 4.7 de biţi de informaţii.

Anterior, se credea că creierul este capabil de  a stoca doar de la unul la doi biţi pentru memoria scurtă şi lungă în hippocampus.

„Aceasta este aproximativ la un ordin mărime de precizie mai mult decât oricine şi-a imaginat vreodată” a spus Sejnowski.

Constatările oferă, de asemenea, o explicaţie valoroasă la eficienţa surprinzătoare a creierului.

Creierul unui adult treaz generează aproximativ 20 de waţi  de putere continuă, tot atât de mult ca un bec slab.

Descoperirea celor de la Salk ar putea ajuta savanţii în computere să construiască calculatoare ultra-precise, dar eficiente energetic, în special celea care folosesc „învăţarea profundă” şi reţele neuronale artificiale, tehnici capabile de învăţare şi analize sofisticate, cum ar fi vorbirea, recunoaşterea obiectelor şi traducerea.

„Acest truc al creierului la sigur indică o cale pentru a proiecta calculatoare mai bune”, a spus Sejnowski.