Ученые: мозг человека может вместить в себя весь интернет

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.

Как оказалось, нейроны содержат в себе неожиданно много синапсов разных размеров — 26 типов нервных окончаний, каждый из которых отличался по объему от ближайших к нему по размерам синапсов ровно на 8,3%. Подобная цифра означает в переводе на язык вычислительных устройств, что каждый нейрон может хранить в себе примерно 4,7 бита информации (26 = 2^4,7).

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.