Объём памяти нашего мозга в 10 раз больше, чем считалось ранее. Объем памяти человеческого мозга
Объём памяти нашего мозга в 10 раз больше, чем считалось ранее
Расскажитедрузьям!
Алексей Калько
Salk Institute
Компьютерная модель синапса – соединения нейронов, которое, как считается, отвечает за память
Кто-то однажды сказал, что мозг человека – наиболее сложно организованная часть материи во всей вселенной. Вряд ли он мог себе представить, насколько окажется прав. Учёные-нейробиологи из Института биологических исследований Солка в Калифорнии изучили характеристики нейронных связей, и выяснили, что информационная ёмкость мозга во много раз выше, чем считалось ранее. Они также раскрыли рациональную тактику, которую использует мозг, чтобы увеличить свои вычислительные способности и одновременно свести к минимуму энергопотребление. Более того, это открытие может помочь инженерам создать новый класс компьютеров с невероятной вычислительной мощностью и пониженным энергопотреблением.
Снова и снова человек учится у своего Создателя, но, к сожалению, часто забывает отдать Ему должное как настоящему Автору.
Как мозг хранит информацию?
Объём информации в компьютере можно измерить с помощью количества бит (0 или 1), которые могут храниться и быть считанными. В головном мозге информация хранится в виде силы синапса. Синапс – место контакта между двумя нейронами, через которое происходит передача нервного импульса, а сила синапса – мера того, насколько активно один нейрон влияет на другой.
Результаты могут помочь инженерам создать новый класс компьютеров с невероятной вычислительной мощностью и пониженным энергопотреблением.
Из тела каждой нервной клетки выходят длинные, подобные кабелю ветви – аксоны, и многочисленные короткие ветви, называемые дендритами. Аксоны одних нейронов соединяются с крошечными выступами, или «шипиками» на дендритах других. Каждый нейрон может иметь тысячи синапсов с другими нейронами. Когда два нейрона по обе стороны от синапса активны одновременно, этот синапс становится сильнее. При этом толщина дендритных шипиков также увеличивается, чтобы вместить дополнительные молекулярные механизмы, необходимые для поддержания более сильного синапса. Эта возможность изменения силы синапса называется синаптической пластичностью и считается основным механизмом, с помощью которого реализуется память. [См. видео «Как работает синапс» (англ.)]
Количество различных значений силы может быть измерено в битах. Следовательно, полная ёмкость памяти мозга зависит от количества синапсов и количества различимых сил синапса. Поэтому для определения объёма памяти мозга важным является вопрос – как много информации можно хранить в синапсе.
Image generated by Life Science Databases(LSDB)[CC BY-SA 2.1 jp]
Трёхмерная модель гиппокампа (красным)
Какова ёмкость памяти человеческого мозга?
В новом исследовании, опубликованном в журнале eLife,1 нейробиологи из Института биологических исследований Дж. Солка в Калифорнии попытались ответить на этот вопрос. Они пришли к выводу, что объем информации человеческого мозга может быть на порядок выше (в 10 раз), чем считалось ранее.
С помощью современных методов электронной микроскопии учёные построили 3D-модель миниатюрного (размером с кровяную клетку) кусочка ткани гиппокампа (части мозга, отвечающей за память) крысы. Модель воссоздавала соединения, формы, объёмы и поверхность тканей мозга вплоть до наномолекулярного уровня. Это позволило сравнить размеры дендритных шипиков, которые формируют синапсы. Из-за случайной изменчивости синаптической активности, для обеспечения точности измерений требовалось усреднение активности в течение нескольких минут. Учитывая также колоссальное количество соединений между нейронами, моделирование требовало высокую вычислительную мощность.
Сначала выяснилось, что некоторые аксоны (примерно в 10 процентах случаев) образуют два или больше синапсов с одним дендритом, но на разных дендритных шипиках. Сначала учёные не придали большого значения такому дублированию, но потом поняли, как это можно использовать. Такие синапсы должны быть одинаковой силы, потому что они испытали ту же историю нейронной активности. Кроме того, известно, что размеры шипика и сила синапса напрямую связаны. Эти удивительные зависимости позволили оценить изменчивость синаптической пластичности, а значит, и количество бит информации, которые может хранить один синапс.
Измерения в небольшом кубике мозговой ткани показали, что шаг увеличения силы составляет всего 8%, и что есть 26 различных размеров дендритных шипиков. А значит, есть 26 уровней силы синапса. И учёные признаются, что такого никто из них не ожидал. Ранее считалось, что синапс может иметь всего несколько состояний (например, сильное, среднее, слабое, что говорило бы о троичной системе сигналов). Но полученные результаты говорят о ёмкости примерно 4,7 бит информации на 1 синапс (24.7 ≈ 26). Определив информационную ёмкость отдельного нейрона, можно оценить объём всей человеческой памяти.
Salk Institute
2 синапса (показаны стрелками) между одним аксоном (жёлтым) и одним дендритом (серым)
Salk Institute
26 уровней силы синапса
Это означает, что ёмкость памяти мозга – с многочисленными триллионами синапсов – возможно, прежде была занижена примерно на порядок. Терри Сейновски, соавтор исследования, сказал в интервью для издания Института Солка:2
creationist.in.ua
Сколько мегабайт вмещает человеческий мозг?
Наука Вы знаете возможности своего мозга? Большинство нейробиологов, как правило, оценивает человеческий потенциал где-то между 10 терабайтами и 100 терабайтами, хотя полный спектр предположений варьирует от 1 терабайта до 2,5 петабайт. При этом один терабайт равен 1000 гигабайтам или 1 миллиону мегабайтам, а петабайт – это 1000 терабайтов.
Расчет этих выводов довольно прост. Мозг человека содержит около 100 миллиардов нейронов. Каждый нейрон способен создавать около 1000 связей, представляя собой около 1000 потенциальных синапсов, которые в основном и хранят данные. Умножьте каждый из этих 100 миллиардов нейронов на 1000 связей, которые они могут создавать и у вас получится около 100 триллиона пунктов данных или 100 терабайт информации.
Однако сами же ученые признают, что такие расчеты очень упрощены. Во-первых, при этом предполагается, что каждый синапс хранит около 1 байта информации, но эта оценка может быть гораздо выше или ниже. Кроме того, синапсы не являются полностью независимыми. Иногда требуется несколько синапсов, чтобы передать одну часть информации. Также некоторые синапсы используются для обработки информации, а не хранения, и также существуют клетки, поддерживающие хранение информации.
Даже если принять тот факт, что емкость мозга составляет где-то между 10-ю и 100 терабайтами, оценить, сколько из этого объема используется, а сколько остается свободным очень сложно. Мозг гораздо сложнее, чем внешний жесткий диск. Не только некоторые части вовлечены в различные виды памяти одновременно, но и данные которые хранятся, часто повреждаются и становятся утерянными.
Одно известно: представление, будто люди используют только 10 процентов своего мозга, является мифом. Информация может храниться в любой части мозга.
А на сколько мегагерцах работает мозг? Лучше сказать, что мозг - гораздо боле мощная машина, сделанная из более медленных процессоров. У каждого нейрона есть "тактовая частота" порядка килогерца, что в миллион раз медленнее, чем гигагерц. Для сравнения скорость процессора смартфона составляет около 1 гигагерца. Потому компьютеры гораздо быстрее решают специализированные задачи, хотя и не могут передать все разнообразие функций человеческого мозга.
В то время, как некоторые футуристы считают, что компьютеры становятся в два раза мощнее каждые два года и мы сможем разработать компьютер мощнее человеческого мозга через несколько десятилетий, пока неясно, будут ли такие компьютеры пригодны для продажи.
Мозг является на удивление энергоэффективным, работая на 12 ваттах. Для того, чтобы работал компьютер такой же мощности, что и мозг человека, потребовался бы гигаватт энергии, что очень непрактично.
Перевод: Филипенко Л. В.
www.infoniac.ru
Сколько памяти у человека в Гигабайтах или Терабайтах
Вы никогда не задумывались — сколько памяти у человека в Гигабайтах. А может человеческую память надо измерять в ещё бОльших единицах — Терабайтах?! Давайте вместе попробуем разобраться сколько же информации хранится внутри обычного человека.Учёные из научно-образовательного канала Veritasium выяснили, что вся генетическая информация человека занимает объём всего лишь в 1,5 Гигабайта. К таким выводам они пришли математически рассчитав количество битов, которое несет исходный код человека. Казалось бы не так много?!Но с другой стороны, весь организм человека состоит из множества клеток, а точнее — порядка 40 триллионов. Если каждая из клетка несёт в себе 1,5 Гигабайта, то весь организм несёт объём данных в …. 60 Секстибайт. Только вдумайтесь — один человек хранит в себе одних только генетических данных аж на 60 Секстибайт. Для справки: 1 секстибайт = 1024 экзабайт = 1 180 591 620 717 411 303 424 байт. Это не просто большой — это огромнейший объем данных. Для сравнения, по подсчётам учёных, к 2020 году объем всей хранящейся в мире информации должен достингуть 40 секстибайт. А в человеке уже 60!!! Отдельно стоит сказать, что из всех этих данных 99% повторяется с другими людьми. А уникального кода в человеке около одного Мегабайта.Подведём итог: Весь организм — это 60 Секстибайт, один геном — 1,5 Гигабайта, а уникальных данных — 1 Мегабайт.А уж про то, сколько памяти вмещает мозг человека — страшно даже представить. По данным учёных из Калифорнийского Института Биологических Исследований объём памяти, которую имеет человеческий мозг, близок к одному Квадриллиону — то есть один миллион Гигабайт! Впечатляет?!
korki.lol
Ученые: мозг человека может вместить в себя весь интернет
15:3021.01.2016
(обновлено: 17:37 21.01.2016)
3478113813
Нейрофизиологи из США представили новые оценки "емкости" памяти человека, которая, по их расчетам, может вместить в себя несколько петабайт информации, что сопоставимо с объемом всей глобальной сети.
МОСКВА, 21 янв – РИА Новости. Человеческий мозг, по расчетам нейрофизиологов из института Салка, может вместить в себя примерно в 10 раз больше информации, чем считалось раньше, – несколько петабайт данных, чего должно хватить, чтобы вместить почти весь текущий контент интернета, говорится в статье, опубликованной в журнале eLife.
"Это настоящая бомба для нейрофизиологии. Мы нашли ключ к пониманию того, как работают нейроны гиппокампа, центра памяти, того, как им удается сочетать низкий уровень энергопотребления с высокой производительностью. По самым консервативным оценкам, емкость нашей памяти примерно в 10 раз больше, чем мы считали ранее, и ее объем составляет примерно петабайт, что сопоставимо с размерами всей глобальной паутины", — заявил Терри Седжновски (Terry Sejnowski) из Института Салка в Ла-Хойе (США).
Как объясняет Седжновски, сегодня ученые считают, что наши воспоминания содержатся в обособленной части мозга, которую нейрофизиологи называют гиппокампом. Память в нем хранится как в виде электрических импульсов, передаваемых от одного нейрона к другому, так и в виде химических сигналов, которыми нервные клетки обмениваются друг с другом.
Авторы статьи решили выяснить, как происходят эти процессы, создав полноценную компьютерную модель кусочка гиппокампа размером с одну кровеносную клетку. Симуляция работы даже такой небольшой части мозга, как признают Седжновски и его коллеги, оказалась крайне сложной вычислительной задачей из-за огромного числа соединений между нервными клетками.
Наблюдая за работой синапсов – нервных окончаний – в этой модели, нейрофизиологи заметили нечто крайне необычное. Оказалось, что ряд нервных клеток был связан с одними и теми же "соседями" не одним, а несколькими синапсами с примерно одинаковыми размерами и объемом, что означает, что они передают в нее две копии одного и того же сигнала.
С другой стороны, синапсы, связывающие нейрон с другими клетками, обладали иными размерами, что позволило авторам статьи определить "емкость" единичного нейрона, подсчитав типичное число синапсов разных размеров на каждой нервной клетке в гиппокампе.
Квантовый компьютер в человеческом мозге? Как это все работает? Секрет заключается в том, что синапсы передают информацию не гарантированно, а с некоторым шансом, который ученые оценивают примерно в 60 процентов. Надежность доставки данных обеспечивается многократной передачей сигналов и особой системой "автокалибровки" синапсов – их размеры каждые две минуты меняются в большую или меньшую сторону в зависимости от запросов из других областей мозга и получаемых ими сигналов.
Благодаря столь неожиданно большому значению гиппокамп крыс, и, по всей видимости, человека, способен хранить в себе на порядок больше информации, чем считали ученые ранее, – около 5-20 петабайт данных, что сопоставимо с емкостью всей глобальной сети.
Подобные результаты, как отмечает Седжновски, упрочняют статус мозга как самого эффективного вычислительного устройства – потребляя всего 20 ватт энергии, наша нервная система оперирует массивами данных, недоступными для современных суперкомпьютеров. Это открытие, как надеются авторы статьи, должно вдохновить ученых на попытку воспроизвести эти свойства мозга в сверхэффективных вычислительных приборах.
ria.ru
Какой объем памяти способен вместить мозг человека?
Есть: по некоторым оценкам в нашу память можно записать более 200 лет видео в высоком разрешении. "Записать" - это, конечно, чисто теоретически, то есть только для сравнения объёма. Так что вряд ли у вас получится её заполнить. В реальности наша память работает не так, как компьютерная: мозг сам определяет, что помнить долго, а что отбрасывать, и точный алгоритм нам неизвестен. Некоторые законы сохранения информации в нашей голове нам известны, но точно не все. Например, известно, что то, что происходит непосредственно перед и после опасной ситуации, будет запомнено хорошо. Эта система возникла в процессе эволюции и способствует выживанию. А вот то, что мы пытаемся запомнить без особой необходимости, обычно запоминается плохо и это надо периодически повторять. Также в процессе роста и развития в детстве наш мозг впитывает информацию лучше, поэтому люди гораздо лучше помнят свои детские годы и ту информацию, которую тогда получили. Но есть и серьёзные недостатки у нашей памяти: при поступлении большого количества различной информацией мозг явно "перегружается" и отказывается запоминать всё подряд. И с возрастом это становится заметнее. Кроме того, он постоянно ворочает информацию - "производит дефрагментацию" (подозревается, что побочным эффектом этого процесса являются сны), и это приводит к ошибкам в памяти: события и их элементы теряются и путаются. Безоглядно верить в то, что вы помните, на самом деле довольно глупо и опасно: вполне вероятно события происходили по-другому. Люди обычно не стесняются того, что забыли или перепутали дорогу - географический критинизм так или иначе свойственен каждому, и это принимается, как должное, но часто люди очень упорны в том, что они якобы точно помнят какие-то события или факты, хотя в общем-то это про одни и те же процессы в голове. Поэтому люди не всегда врут, когда говорят неправду - нередко они просто неправильно помнят и не осознают этого. С другой стороны, память можно и нужно тренировать. В связи с этим всем вопрос, есть ли предел у нашей памяти, не совсем правильный, а, точнее, совсем неправильный. Если даже у вас почти "пустой" мозг, это не гарантирует хорошего запоминания, а, скорее наоборот: тот, кто постоянно напрягает свои извилины, лучше и точнее помнит.
thequestion.ru
Наш мозг может хранить в 10 раз больше информации, чем мы думали
Новое исследование показывает, что объем памяти мозга в десять раз больше, чем его предыдущие оценки. Это означает, что он находится в диапазоне петабайт-такой объем еще недавно имел весь интернет(сейчас измеряется в зеттабайтах(1 000 000 000 000 000 000 000 байт) и скоро - в йоттабайтах).
Мозг человека часто сравнивают с компьютером. Один из аспектов, который хорошо поддается такого рода сравнениям - память. Когда компьютерщики говорят о памяти, они имеют в виду ОЗУ память (оперативную память) и память постоянного хранения, например, на жестком диске. В контексте разговора о человеческом мозге, нейробиологи говорят о кратковременной памяти, которая выполняет функциии ОЗУ в компьютере, и долгосрочной памяти, которая сродни жесткому диску. Потому ученые считают полезным проводить аналогию между емкостью памяти нашего мозга и объемом памяти компьютера, что объясняет, почему они измеряют его(объем мозга) в битах и байтах.
К сожалению, пока нет единого мнения, как много информации наш мозг способен хранить. Оценки варьируются от одного терабайта до 100 терабайт, и даже до 2500 терабайт (терабайт - это 1000 гигабайт). Но, как новое исследование Института Солка показывает, эти оценки оказываются на порядок заниженными. Создавая компьютерную модель сегмента мозга крысы, команда исследователей во главе с Терри Сейновски Salk Institute показала, что объем памяти человеческого мозга измеряется, на самом деле, в пределах петабайт(1 000 000 000 000 000 байт). Подробности их работы теперь можно найти в научном журнале ]]>eLife]]>.
"Это настоящая бомба в области нейрофизиологии," сказал Сейновски в пресс-релизе. Мы обнаружили ключ к разгадке того, как могут нейроны гиппокампа функционировать с низкими затратами энергии, но с большой мощностью вычислений. По нашим самым скромным оценкам, емкость мозга надо увеличить в 10 раз — до петабайта, что ставит его вровень с объемами, которые циркулируют в интернете."Петабайт - это огромное количество данных. Выраженный численно, это 2 в 50 степени байт. Хорошая аналогия: общий объем накопленных данных в Библиотеке Конгресса США составляет около 235 терабайт. Один петабайт примерно в четыре раза больше. И хотя наш мозг не имеет эквивалентную емкость сети интернет, но это все равно, очень большой резервуар информации.
Команда создала компьютерную 3D-реконструкцию ткани гиппокампа крысы( центра памяти головного мозга), которая показала нечто неожиданное. Некоторые нейроны, казалось, отправляли дубликаты сообщений для нейронов-приемников. Исследователи решили измерить и сравнить размеры двух подобных синапсов, надеясь, что они помогут уточнить определение синаптического размера. Обычно, в нейрофизиологии по отношению к размерам нейронов применяются термины — маленький, средний и большой. Это несколько расплывчатое определение создает проблему, так как от размера синапсов напрямую зависит объем памяти мозга.
Исследователи обнаружили, что синапсы всех размеров варьируются с шагом около восьми процентов. Таким образом, всего есть около 26 категорий размеров синапсов. Это "синаптическое распределение" означает, что дискретных размеров синапсов в 10 раз больше, чем считалось ранее. Что приравнивается к около 4,7 бит информации. До этого исследования, нейрофизиологи полагали, что мозг способен «переключаться» только в один-два бита для короткого и длительного хранения памяти в гиппокампе.
Это открытие также помогает объяснить удивительную эффективность мозга, которое могло бы в конечном итоге привести к сверхточным, супер-эффективным компьютерам, особенно тех, которые используют машинное обучение и нейросети.Компьютеры помогают нам понять работу мозга, а мозг помогает нам строить более эффективные компьютеры.
futuraptor.com
Какой объем памяти у вашего мозга
10 сентября 2013
Эрнест Халамайзер
Рост нейронов в первые два года жизни человека.
Вопрос, который мучает всех: какой объем данных может уместить мозг среднестатистического человека? Ответов на него дают несколько.
По одной из версий объем памяти мозга можно узнать, посчитав количество нейронов и нервных связей. Нейронов у нас 86 млрд. На каждый нейрон приходится порядка 1000 связей. Если допустить, что каждое соединение равно 1 байту, то общий объем получается 86 Тб. Жесткие диски компьютеров дорастут до таких объем в перспективе нескольких лет.
Но велика вероятность, что эта оценка ошибочна. В отличие от транзистора активность нейронов не сводится к двум состояниям (вкл/выкл), а для хранения данных создаются сложные нервные связи. Одни и те же нейроны могут быть задействованы для хранения нескольких разных воспоминаний. Психолог Пол Ребер из Северо-Западного Университета США делает из этого вывод, что для измерения объема мозга надо использовать не линейный, а экспоненциальный подход. И выводит цифру 2,5 петабайт. Это хватит для записи фильма продолжительностью 300 лет.
Версия Ребера тоже наверняка ошибочная. Оно не учитывает многих нюансов. Какой объем займет четкое воспоминание и какой смутное? Удаляются ли старые воспоминания или просто архивируются? Все ли воспоминания закодированы в одном формате?
Скорее всего, вопрос об объеме памяти мозга просто не имеет смысла. Мозг устроен слишком не похоже на компьютер, чтобы их можно было сравнивать напрямую. А измерить его объем привычными методами может быть просто невозможно.
Следите за обновлениями Uplift в: 
VK , 
Twitter или 
FB
uplift.io
