Объем памяти человеческого мозга в 10 раз больше, чем мы думали

Объем памяти человеческого мозга может оказаться в 10 раз больше, чем считалось ранее, согласно новому исследованию ученых в Калифорнии, которые изучали работу нейронов гиппокампа при низкой энергии и высокой вычислительной мощности.
"Это настоящая бомба в области неврологии," говорит Терри Сейновски из Института Солка Биологических Исследований (Salk Institute for Biological Studies). "Наши новые измерения ёмкости памяти мозга увеличивают её прежнюю оценку в 10 раз. Это, по меньшей мере, петабайт информации (1024 терабайт или 1 048 576 гигабайт). "
Числами такого порядка оперируют во всемирной паутине. К примеру:
Google обрабатывает около 24 петабайт данных каждый день.
4 августа 2014 года для скачивания посредством трекера Rutracker.org было доступно около 2.562 петабайт данных
в 2009 году представители фирмы Blizzard рассказали о ресурсах, затрачиваемых на работу серверов онлайн игры World of Warcraft: 75 000 процессоров; 1.3 петабайт дискового пространства;
размер результатов экспериментов, проводимых на большом адронном коллайдере в течение года, достигает 4 петабайт
Исследователи построили 3D-реконструкцию тканей гиппокампа крыс - центральной памяти мозга - и обнаружили там нечто странное. Синапсы, которые образуются между нейронами, в 10 процентах случаев имели дубликаты - были не одним синапсом, а парой.
Для измерения различий между этими дубликатами синапсов команда Sejnowski реконструировала соединения, формы, объемы, и площади поверхности тканей мозга крыс на нано-молекулярном уровне, с использованием микроскопии и вычислительных алгоритмов.
"Мы были поражены, обнаружив, что разница в размерах пар синапсов была очень мала, в среднем, лишь около 8 процентов отличались по размеру" сказал Том Бартол, один из ученых. "Никто не думал, что разница будет столь незаметна. Это настоящий финт природы."
Открытие различий в размерах синапсов на 8 процентов свидетельствует о том, что может существовать 26 категорий размеров синапсов. Ранее считалось, что таких категорий всего несколько. По словам исследователей это дополнительное усложнение в синаптических размерах приводит к огромному увеличению в потенциальной емкости памяти мозга.
Реконструкция мозговой ткани гиппокампа. Ученые Salk Institute и UT-Austin нашли неожиданное появление двух синапсов от аксона одного нейрона (прозрачная черная полоса), образующиеся на двух шипах на том же дендрите второго нейрона (желтый). Две разные терминали с общим аксоном - изображены стрелками - на том же дендрите второго нейрона. Объемы дендритных шипов, площади синаптической контактной площадки (красный), диаметры шеи (серые) и количество пузырьков (пресинаптические белые сферы) этих двух синапсов практически идентичны.
"Это примерно на порядок повышает точность, чем мы когда-либо представляли" сказал Сейновски. "Мы нашли то, что будет иметь далеко идущие последствия."
Расчеты исследователей предполагают, что синапсы также могут изменять свой размер и способности в зависимости от нейронных передач. Около 1500 передач спровоцировать изменения в малых синапсов Около 20 минут идёт передача 1500 импульсов малыми синапсами, в то время за 1-2 минуты передаётся пара сотен импульсов большими синапсами.
"Это означает, что каждые 2 - 20 минут, наши синапсы изменяются в размерах" сказал Бартол. "Синапсы приспосабливаться в соответствии с сигналами, которые они получают."
Выводы, представленные в eLIFE, могут привести к прогрессу в вычислениях, создавая ультра-точные и энергоэффективные машины, решающие задачи машинного обучения и технологий нейронных сетей.
"Этот трюк природы поможет создать новые компьютеры", сказал Сейновски. "Использование вероятностной передачи импульса оказывается более точным и требует гораздо меньше энергии как для компьютеров, так и для мозга."