Мозъкът е суперкомпютър: Ново проучване разкрива тайните на неговата невероятна мощ

Ново проучване установи, че мозъкът може да съхранява почти 10 пъти повече информация, отколкото се смяташе досега. Подобно на компютрите, капацитетът на паметта на мозъка се измерва в „битове„. Броят на битовете зависи от връзките между невроните, известни като синапси.

Досега учените смятаха, че синапсите са ограничени по размер и сила, което ограничава капацитета на паметта на мозъка. Новите открития обаче потвърждават, че мозъкът може да съхранява много повече информация.

В проучването учените са разработили много точен метод за оценка на силата на връзките между невроните в част от мозъка на плъх. Тези синапси играят ключова роля в обучението и паметта, тъй като именно там мозъчните клетки обменят информация. Чрез по-добро разбиране на начина, по който синапсите укрепват и отслабват е възможно по-точно да се определи колко информация могат да съхранят тези връзки. Анализът, публикуван в списание Neural Computation показва как този нов метод може да подобри разбирането ни за ученето, стареенето и болестите, които нарушават връзките в мозъка.

Според Джей Ю, доцент по неврофизиология в Чикагския университет, тези подходи ни помагат да разберем потенциала на невронните вериги да обработват информация. Възможността да се оцени колко информация може да бъде представена е важна за разбирането на това как мозъкът извършва сложни изчисления.

В човешкия мозък има над 100 трилиона синапси между невроните. През тези синапси преминават химически медиатори, които улесняват преноса на информация в целия мозък. Когато учим, предаването на информация през определени синапси се засилва. Това „усилване“ на синапсите ни позволява да запазваме нова информация. Като цяло синапсите се засилват или отслабват в зависимост от активността на съставящите ги неврони – явление, известно като синаптична пластичност.

С напредването на възрастта или с развитието на неврологични заболявания като Алцхаймер обаче, активността на синапсите намалява, което ги отслабва, влошавайки когнитивните способности и способността за съхраняване и извличане на спомени.

Учените могат да измерват силата на синапсите, като анализират техните физически характеристики.

Съобщенията, изпратени от един неврон, понякога активират двойка синапси, което им позволява да изследват точността на синаптичната пластичност. Това означава, че е възможно да се определи дали синапсите укрепват или отслабват по един и същи начин при получаване на едно и също съобщение.

Измерването на точността на синаптичната пластичност е предизвикателство, както и оценяването на количеството информация, което всеки синапс може да съхранява. Новото проучване промени това. За да измери силата и пластичността на синапсите, екипът използва теорията на информацията. Това е математически метод, който ни помага да разберем как информацията се предава през дадена система. Подходът също така позволява на учените да определят количествено колко информация може да бъде предадена чрез синапсите, като се има предвид „фоновият шум“ в мозъка.

Предаваната информация се измерва в битове, така че синапс с повече битове може да съхранява повече информация от синапс с по-малко битове, обяснява Терънс Сейновски, съавтор на изследването и ръководител на Лабораторията по компютърна невробиология в Института за биологични изследвания „Салк“. Един бит съответства на синапс, който предава информация с две нива на сила, докато два бита позволяват да се предава информация с четири нива на сила и т.н.

Екипът анализира двойки синапси от хипокампуса на плъх – мозъчна област, която играе важна роля в обучението и формирането на паметта. Тези двойки синапси са били съседни и са се активирали в отговор на идентични мозъчни сигнали.

Проучването показа, че при подаване на еднакви входни сигнали тези двойки се засилват или отслабват с еднаква сила, което показва, че силата на синапсите в мозъка е силно регулирана.

Анализът показа, че синапсите в хипокампуса могат да съхраняват между 4,1 и 4,6 бита информация. Учените достигат до подобно заключение при предишно изследване на мозъци на плъхове, но тогава е използван не толкова прецизен метод.

Новото изследване потвърждава предположението на много невролози, че синапсите могат да съхраняват значително повече от един бит информация.

Тези открития се основават на изследване на малка област от хипокампуса на плъх, така че не е ясно как те ще се отнасят за целия мозък на плъх или човек. В бъдеще техниката би могла да се използва за сравняване на капацитета на паметта на различни мозъчни части и за изследване на здрави и болни мозъци, както на плъхове, така и на хора.