Новое исследование подтверждает, что мозг может хранить почти в 10 раз больше информации, чем считалось ранее.
Как и в компьютерах, память мозга состоит из измеряется в «битах», а количество битов, которые он может хранить, зависит от связей между его нейронами, известных как синапсы. Исторически сложилось так, что учёные считали, что синапсы бывают довольно ограниченного размера и силы, а это, в свою очередь, ограничивает объём памяти мозга. Однако эта теория была бросил вызов в последние годы — и новое исследование еще раз подтверждает идею о том, что мозг может удерживать примерно в 10 раз больше мыслей, чем когда-то.
В новом исследовании исследователи разработали высокоточный метод оценки силы связей между нейронами в части мозга крысы. Эти синапсы составляют основу обучение и памятьпоскольку клетки мозга общаются в этих точках и, таким образом, хранят и обмениваются информацией.
Лучше поняв, как синапсы усиливаются и ослабляются и насколько, ученые более точно определили, сколько информации могут хранить эти соединения. Анализ, опубликованный 23 апреля в журнале Нейронные вычислениядемонстрирует, как этот новый метод может не только улучшить наше понимание обучения, но также старения и болезней, которые разрушают связи в мозгу.
Связанный: Исследование показало, что у мозга есть «подсказка», когда он вспоминает ложные воспоминания
«Эти подходы лежат в основе способности нейронных цепей обрабатывать информацию», Джай Ю, доцент кафедры нейрофизиологии Чикагского университета, который не принимал участия в исследовании, рассказал Live Science по электронной почте. «Возможность оценить, сколько информации потенциально может быть представлено, является важным шагом на пути к пониманию способности мозга выполнять сложные вычисления».
в человеческий мозгесть более 100 триллионов синапсы между нейронами. Через эти синапсы запускаются химические посланники, облегчающие передачу информации по мозгу. По мере того, как мы учимся, передача информации через определенные синапсы увеличивается. Такое «укрепление» синапсов позволяет нам сохранять новую информацию. В общем, синапсы усиливаются или ослабляются в зависимости от того, насколько активны составляющие их нейроны — явление, называемое синаптическая пластичность.
Однако по мере старения или развития неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймеранаши синапсы становятся менее активными и, следовательно, ослабевают, снижение когнитивных функций и наша способность хранить и извлекать воспоминания.
Ученые могут измерить силу синапсов, глядя на их физические характеристики. Кроме того, сообщения, отправленные одним нейроном, иногда активируют пару синапсов, и ученые могут использовать эти пары для изучения точности синаптической пластичности. Другими словами, при одном и том же сообщении каждый синапс в паре усиливается или ослабляется одинаково?
В прошлом было сложно измерить точность синаптической пластичности, как и измерить, сколько информации может хранить тот или иной синапс. Новое исследование меняет ситуацию.
Для измерения синаптической силы и пластичности команда использовала теория информации, математический способ понять, как информация передается через систему. Этот подход также позволяет ученым количественно оценить, насколько много информация может передаваться через синапсы, при этом принимая во внимание «фоновый шум» мозга.
Эта передаваемая информация измеряется в битах, так что синапс с большим количеством битов может хранить больше информации, чем синапс с меньшим количеством битов. Терренс Сейновски, со-старший автор исследования и руководитель лаборатории вычислительной нейробиологии в Институте биологических исследований Солка, рассказал Live Science в электронном письме. Один бит соответствует передаче синапсом двух уровней мощности, а два бита соответствуют четырем уровням и так далее.
Команда проанализировала пары синапсов крысы. гиппокамп, область мозга, которая играет важную роль в обучении и формировании памяти. Эти пары синапсов были соседями и активировались в ответ на один и тот же тип и количество сигналов мозга. Команда определила, что при одинаковых входных данных эти пары усиливались или ослаблялись одинаково, что позволяет предположить, что мозг очень точен при настройке силы данного синапса.
Анализ показал, что синапсы в гиппокампе могут хранить от 4,1 до 4,6 бит информации. У исследователей было пришли к аналогичному выводу в более раннем исследовании мозга крысы, но в то время они обрабатывали данные менее точным методом. Новое исследование помогает подтвердить то, что сейчас предполагают многие нейробиологи, — что синапсы переносят гораздо больше, чем один бит каждый. Кевин Фокспрофессор нейробиологии Кардиффского университета в Великобритании, который не принимал участия в исследовании, рассказал Live Science по электронной почте.
Результаты основаны на очень маленькой области гиппокампа крысы, поэтому неясно, как они будут масштабироваться на весь мозг крысы или человека. «Было бы интересно определить, как способность к хранению информации варьируется в зависимости от мозга и между видами», — сказал Ю.
По словам Фокса, в будущем метод команды можно будет использовать для сравнения емкости памяти различных областей мозга. Его также можно использовать для изучения одной области мозга, когда она здорова и когда она находится в болезненном состоянии.
Вы когда-нибудь задумывались, почему некоторые люди наращивают мышцы легче, чем другие или почему веснушки вылезают на солнце? Присылайте нам свои вопросы о том, как работает человеческое тело, чтобы сообщество@livescience.com с темой «Health Desk Q», и вы сможете увидеть ответ на свой вопрос на веб-сайте!
