Содержание
Оперативная память и число семь
Сеть из пяти нейронных групп, каждая из которых кодирует один информационный элемент, то есть цифру, слово или мысль.
Нейронные группы связаны ингибиторными синапсами. Параметры связи между ними определяются заданной последовательностью цифр, слов или мыслей в процессе запоминания.
Если число элементов увеличивается, то процесс воспроизведения становится неустойчивым и вместо правильной последовательности воспроизводится одна из искажённых.
‹
›
Открыть в полном размере
Семь дней недели и семь цветов радуги, семь нот и семь чудес цвета. Почему число семь встречается так часто? Учёные, исследующие механизмы памяти, предположили, что оно связано с механизмами оперативной памяти.
Как человек запоминает информацию? Почему короткую стихотворную строчку мы запоминаем легко, а чтобы выучить несколько предложений прозы, нам требуются серьёзные усилия? При исследовании когнитивных (познавательных) процессов в мозгу человека психологи обычно выделяют три вида систем хранения информации, поступающей извне или вырабатываемой самим мозгом: сенсорную память, кратковременную, или оперативную, память и долговременную, или пожизненную, память.
Ёмкость сенсорной памяти, то есть количество единиц информации, которое она в состоянии запечатлеть, практически не ограничена. Но сохраняет эта память копии того, что человек увидел, услышал или ощутил, очень недолго — от 0,5 до 2 с. С помощью фокусирования внимания часть информации из сенсорной памяти может быть переведена в оперативную, где время жизни уже порядка минуты. Туда же попадает и новая информация, вырабатываемая в процессе размышлений самим мозгом. Если мозг сочтёт какую-то информацию, хранящуюся в кратковременной памяти, важной, она переходит в долговременную память. Эта память статическая, то есть информация раз и навсегда «вырубается на камне». Оперативная же память — феномен динамический. Информация представляется меняющейся во времени формой волн, очерёдностью возбуждения тех или иных нейронных групп и т.д. Хранится такая «временнáя» информация в нейронных цепочках с обратной связью, что обеспечивает её реверберацию (то есть циклическое воспроизведение). Биологические механизмы, ответственные за хранение динамической информации, очень интересны, однако они не связаны с механизмами, ответственными за предельную ёмкость оперативной памяти, и их рассмотрение выходит за рамки данной статьи.
Обычно ёмкости оперативной памяти нaм не хватает. С каждым случалось, спросив в незнакомом городе дорогу к гостинице, где-то на полпути забыть, куда двигаться дальше — налево или направо. Также мы не успеваем донести до записной книжки цифры телефонного номера, не нарушив порядок их следования, и т.п. В 1956 году американский психолог Дж. Миллер обнаружил в экспериментаx со звуковыми сигналами, что ёмкость оперативной памяти у человека составляет порядка семи информационных единиц. Вот как эмоционально он начал свою статью об этом открытии: «Это число буквально следует за мной по пятам, я непрерывно сталкиваюсь с ним в своих делах, оно встаёт передо мной со страниц самых популярных журналов. Оно принимает множество обличий. Иногда оно немного больше, иногда меньше, но оно никогда не меняется настолько, чтобы его нельзя было узнать…»
Число семь появлялось в опытах с запоминанием зрительныx последовательностей. Оно же возникaло и при попытке воcпроизвести услышанную фразу, которая содержит более семи лингвистических единиц, и во многих других экспериментах и жизненных ситуациях.
Действительно магия.
Попытаемся дать рациональное объяснение избранности этого числа, имея в виду оперативную память. Прежде всего, договоримся о том, что ёмкость памяти — это не то число информационных единиц, которое было послано в память, а число единиц информации, которое из памяти извлекается, причём в правильной временнóй последовательности (что принципиально и для воспроизведения маршрута, и для сохранения телефонного номера). Другими словами, при кооперации оперативной памяти с центрами мозга, которым необходимо последовательно использовать хранимую информацию для выполнения каких-то когнитивных или поведенческих функций, единицы этой информации должны поступать «потребителю», соблюдая очередь. Причём реализовать такую очерёдность они должны самостоятельно благодаря взаимодействию друг с другом. В ноябре 2009 года Кристан Бик (аспирант из Гёттингена, Германия) и автор этих строк опубликовали в журнале «Physical Review Letters» статью, где построена теория того, как это может происходить.
Суть теории такова. Предположим, что мы хотим произнести только что придуманную нами фразу: «Желания наши есть судьба, намерения важнее, чем удача». Здесь восемь слов и смысл фразы определяется их порядковым номером в цепочке. При воспроизведении одного слова в мозгу активизируется определённая группа нейронов (кластер), отвечающая за его хранение. Чтобы другие слова фразы не всплыли раньше, нарушив порядок, активность соответствуюших им кластеров должна на данный момент подавляться за счёт ингибирующих связей между кластерами. Только тогда воспроизведение фразы будет устойчивым и смысл высказывания сохранится. Математический анализ условий устойчивости подобных динамических цепочек с конкурирующими друг с другом элементами (это конкуренция «без победителя»), показал, что воспроизведение не нарушается, если сила ингибиторных (тормозящих) связей между кластерами растёт экспоненциально (!) с ростом числа информационных элементов оперативной памяти. Другими словами: если воспроизведение последовательности числом информационных единиц семь или восемь требует силы ингибиторной связи порядка 15 (в относительных единицах), то для воспроизведения 10 элементов связь должна быть уже порядка 50, а для 13 единиц — около 200, что с биологической точки зрения абсолютно нереально.
Правда, с одним исключением: если предположить, что плотность связей в мозгу значительно выше нормальной, то многие из них будут дублировать друг друга, тем самым многократно усиливая последовательное взаимное подавление очередных кластеров. Тогда ёмкость оперативной памяти может быть много выше «магической» (см. ниже). Психологам и психиатрам хорошо известно, что ёмкость кратковременной, то есть оперативной, памяти связана с уровнем интеллекта. Чтобы доказать это, Л. Д. Матзел и сотрудники из Университета Ратгерса (США) провели эксперименты с большой грyппой мышей (60 грызунов). Оказалось, что мыши, имеющие недавний опыт прохождения одного лабиринта, проходили другой лабиринт с похожими фрагментами гораздо быстрее, чем нетрeнированныe. Были проверены и другие стороны интеллекта. Результаты подтвердили, что интеллектуальные упражнения, повышающие ёмкость оперативной памяти (не требующие подключения долговременной памяти), приводят к усилению когнитивных способностей.
Важно подчеркнуть, это отмечал ещё Миллер, что магическое число семь появляется, только когда мы работаем с односторонней, или одномерной, информацией.
Например, или со звуковой, или сo зрительной, или с осязательной. Если же подключаются факторы, связанные с взаимодействием или тем более с ассоциацией, скажем текста и музыки, хранящейся в долговременной памяти, ёмкость оперативной памяти может быть много выше. Так, например, если сочинённую выше фразу связать с мелодией песни (подойдёт одна из песен Окуджавы), то оперативная память вполне способна воспроизвести и полную строфу: «Желанья наши есть судьба. Намерения важнее, чем удача, как по мишеням мчащимся стрельба, oтмечена случайности печатью с самим собой неравная борьба». Здесь уже не семь слов, а 21.
Ёмкость оперативной памяти варьируется и для людей с различными заболеваниями мозга. Так, при дислексии (неспособности читать) связи между различными группами мозга ослаблены и ёмкость оперативной памяти оказывается существенно ниже средней.
При аутизме (расстройство, возникающее вследствие нарушения развития мозга и характеризующееся отклонениями в социальном взаимодействии и общении), наоборот, сила связей и их число могут быть значительно больше, поэтому некоторые люди, страдающие аутизмом, в состоянии воспроизвести в заданной последовательности и сотню случайных чисел.
Удивительный феномен продемонстрировал в октябре 2009 года аутист художник Стефан Вилтмер. Он в течение 20 минут рассматривал панораму Нью-Йорка с вертолёта и затем воссоздал в карандаше на пятиметровом панно здание за зданием Рокфеллеровский центр, Эмпайр-стейт-билдинг и близлежащие небоскрёбы, стадионы и гавани Манхэттена. Интересно, что и при запоминании панорамы, и при её последовательном воспроизведении он слушал одну и ту же знакомую музыку.
В этой заметке мы затронули лишь вeрхушку айсберга, называемого «оперативная память человека». Современные методы наблюдения за функционирующим мозгом обещают множество магических открытий.
Ученые: мозг человека может вместить в себя весь интернет
https://ria.ru/20160121/1362817951.html
Ученые: мозг человека может вместить в себя весь интернет
Ученые: мозг человека может вместить в себя весь интернет — РИА Новости, 21.01.2016
Ученые: мозг человека может вместить в себя весь интернет
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.
2016-01-21T15:30
2016-01-21T15:30
2016-01-21T17:37
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1362817951.jpg?9078568591453387053
сша
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2016
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.
7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
открытия — риа наука, сша, нейрофизиология
Открытия — РИА Наука, Наука, США, нейрофизиология
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.
2 января 2014, 23:04
«Генетические паразиты» в клетках мозга являются причиной шизофренииИвамото и его коллеги расшифровали геномы клеток мозга умерших людей, страдавших при жизни шизофренией, и обнаружили там ненормально большое количество копий транспозона LINE-1.
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.
28 января 2014, 15:00
Квантовый компьютер в человеческом мозге?Основоположники теории работы человеческого мозга и сознания Роджер Пенроуз и Стюарт Хамерофф утверждают, что текущее положение квантовой физики не в состоянии описать процессы, происходящие в мозге, и считают, что для этого нужна некая новая физика.
4,7).
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.
10 незабываемых статистических данных о человеческой памяти (инфографика)
– Сауттри
Дом
/Воспоминания имеют значение
/
10 незабываемых статистических данных о человеческой памяти
Шелби Берр
Вы когда-нибудь задумывались, сколько «гигабайт» мог бы хранить ваш мозг, если бы он был компьютером? Ученые подсчитали, что ответ будет эквивалентен до 2,5 миллионов гигабайт памяти! Это сопоставимо с самым большим жестким диском на сегодняшний день — всего 10 000 гигабайт. Даже суперкомпьютер не может сравниться по возможностям с человеческим мозгом. Ниже вы найдете еще несколько потрясающих фактов о человеческой памяти.
- Если не интересуется какой-либо темой, у большинства взрослых продолжительность концентрации внимания составляет 20 минут. По оценкам исследователей, продолжительность концентрации внимания взрослых за последнее десятилетие сократилась примерно на 12 минут. Кажется, что наша стремительная жизнь и полная зависимость от технологий взяли свое.
- Кратковременная память может хранить до 7 фрагментов информации одновременно… Но только около 20 секунд!
- Согласно исследованию, проведенному в 2001 году, у левшей память лучше. Это связано с тем, что мозолистое тело (белое вещество головного мозга) у левшей больше, чем у правшей.
- Большинство воспоминаний взрослых приходятся на период от 15 до 25 лет. «Вспышка воспоминаний», которая представляет собой склонность пожилых людей вспоминать события, произошедшие в подростковом и раннем взрослом возрасте, может составлять 60% всех воспоминаний.
- Можно стереть плохие воспоминания. Исследования показывают, что бета-блокаторы мешают воспоминаниям, особенно сильным эмоциональным воспоминаниям, связанным с травмой. Бета-блокаторы назначают для лечения таких заболеваний, как высокое кровяное давление, мигрень, стенокардия и различные проблемы с сердцем. Но, может быть, это та волшебная таблетка, которая стирала эти ужасные воспоминания.
- Почему мы не можем вспомнить, что произошло прошлой ночью, после того, как слишком много играли в пьяные игры? Алкоголь отрицательно влияет на нашу память и мешает мозгу передавать информацию в долговременные воспоминания.
- По оценкам ученых, в течение всей жизни мозг современного человека может хранить до 1 квадриллиона единиц информации. Чтобы отказаться от лучшей идеи, квадриллион равен 1 000 000 000 000 000!
- У вас в среднем 70 000 мыслей в день. Чтобы не думать, что мозг отключается во время сна, сны требуют больше мозговой активности, чем любая функция бодрствования.
- Зрительная память очевидцев заведомо неточна. Из 235 неправомерных приговоров в США 75% были вынесены ненадежным свидетелем.
- Гиппокамп головного мозга (не гиппопотам!) играет важную роль в преобразовании кратковременных воспоминаний в долговременные. Это небольшая подковообразная область мозга, расположенная симметрично с обеих сторон мозга. Со временем он уменьшается, и к 80 годам 20% его нервных связей могут быть потеряны. Если одна сторона гиппокампа повреждена, это никак не повлияет на память. Однако повреждения обеих сторон остановят хранение любых новых воспоминаний!
С 86 миллиардами нейронов, 400 милями капилляров, 100 тысячами миль аксонов (достаточно, чтобы обогнуть Землю 4 раза), более чем 10 триллионами синапсов человеческий мозг — поистине удивительный орган.
И каждый день ученые открывают новое чудо, спрятанное в складках нашего мозга!
Продолжить чтение
Что лучше: сканировать или фотографировать старые фотографии?
Летний декор своими руками
Уникальные идеи открыток своими руками
Объем нашей памяти может быть в 10 раз больше, чем мы думали0001
Нейробиологи обнаружили доказательства того, что наш мозг может иметь в 10 раз больший объем памяти, чем предполагалось ранее, в результате чего общий объем памяти в компьютерных терминах составляет по крайней мере 1 петабайт (1 миллион ГБ) дискового пространства.
Это эквивалентно объему памяти примерно 31 250 iPhone 7 (32 ГБ) — все в человеческом мозгу.
«Это настоящая бомба в области неврологии», — говорит один из исследователей, Терри Сейновски из Института биологических исследований Солка.
«Наши новые измерения объема памяти мозга увеличивают консервативные оценки в 10 раз, по крайней мере, до петабайта — на том же уровне, что и Всемирная паутина».
Чтобы было ясно, несмотря на то, что ученые часто объясняют возможности нашего мозга с помощью компьютерных терминов, наш мозг гораздо сложнее и гибче, чем жесткий диск, и функционирует совсем по-другому.
Наш мозг работает, кодируя память в электрические импульсы, запуская нейроны в различных областях мозга и создавая сложную сеть импульсов, которые кодируют наши мысли и переживания.
Это означает, что память распределена по всему мозгу, в отличие от компьютера, в котором для каждого файла имеется только одно конкретное место.
Как указывает Роберт Эпштейн в Эон , человеческий мозг не хранит слова или правила, которые говорят ему, как ими манипулировать, и он не создает репрезентации визуальных стимулов, хранит их в кратковременной памяти. буфер, а затем перенести его в устройство долговременной памяти.
«Компьютеры делают все эти вещи, а организмы — нет», — говорит он.
Но метафора компьютерной памяти — полезный способ оценить возможности нашего мозга в перспективе — и оказывается, что емкость больше, чем считалось ранее, потому что наши синапсы еще более разнообразны, чем мы думали.
Сейновски и его команда реконструировали гиппокамп — область мозга, обычно связанную с долговременной памятью — крысы, используя компьютерное 3D-моделирование, чтобы исследовать ее функцию памяти.
«Когда мы впервые реконструировали каждый дендрит, аксон, глиальный отросток и синапс из объема гиппокампа [который был] размером с один эритроцит, мы были несколько сбиты с толку сложностью и разнообразием синапсов», — говорит одна из команды, Кристен Харрис из Техасского университета в Остине.
При этом команда обнаружила, что один аксон, соединенный с двумя синапсами, ведет к одному дендриту — остроконечной части нервных клеток — это означает, что нейрон, вероятно, посылает повторяющиеся сообщения.
Анатомия и физиология/Викимедиа
Несмотря на то, что этот тип соединения довольно распространен — встречается примерно в 10 процентах соединений в гиппокампе крыс — он недостаточно изучен. Поэтому команда углубилась в изучение того, играет ли размер синапсов большую роль, чем считалось ранее.
Используя недавно разработанные алгоритмы и методы микроскопии, команда реконструировала эти синапсы на наномолекулярном уровне, что позволило им увидеть их более подробно, чем когда-либо прежде.
Оказалось, что дубликаты синапсов идентичны практически во всех отношениях.
«Мы были поражены, обнаружив, что разница в размерах пар синапсов очень мала, в среднем всего около 8 процентов разницы в размере. Никто не думал, что это будет такая маленькая разница. природа», — говорит член команды Том Бартол из Института Солка.
Эта 8-процентная разница имеет решающее значение — до сих пор было только три перечисленных размера синапсов: малый, средний и большой.
Хотя эти три размера хорошо подходят для заказа чашки кофе или покупки футболки, размер синапса связан с объемом памяти, которым обладает один синапс.
Это означает, что если они могут быть более чем в трех размерах, отличаясь друг от друга всего на 8 процентов, мозг может хранить намного больше, чем один раз, используя менее продвинутые измерения.
«Это примерно на порядок больше точности, чем кто-либо когда-либо мог себе представить, — объясняет Сейновски.
Ученые предполагают, что синапсы меняют размер в зависимости от сигнала, который они посылают, что позволяет им быть более универсальными.
«Это означает, что каждые 2 или 20 минут ваши синапсы увеличиваются или уменьшаются до следующего размера. Синапсы настраиваются в соответствии с получаемыми сигналами», — говорит Бартол.
Важно отметить, что исследование проводилось только на крысах, и пока исследование не будет применено к людям, невозможно узнать, можно ли воспроизвести результаты.
Но есть надежда, что эти новые идеи будут способствовать лучшему пониманию важнейших процессов в мозге и могут быть использованы учеными-компьютерщиками для создания более эффективных систем, основанных на памяти мозга.
«Последствия того, что мы обнаружили, имеют далеко идущие последствия», — говорит Сейновски. «Под кажущимся хаосом и беспорядком в мозгу скрыта скрытая от нас точность размеров и форм синапсов».