Hjärnan lagrar 10 gånger mer data
Hjärnan kan lagra nästan 10 gånger mer data än man tidigare trott, enligt ny studie
Forskare har utnyttjat en ny metod för att exakt mäta mängden information hjärnan kan lagra, och den kan bidra med till att förbättra vår förståelse av lärande.
Hjärnan kan möjligen lagra nästan 10 gånger mer information än man tidigare trott, bekräftar den nya studien.
I likhet med datorer mäts hjärnans minneslagring i "bitar", och antalet bitar den kan lagra beror på kopplingarna mellan dess neuroner, så kallade synapser. Historiskt sett trodde forskarna att synapser fanns i ett ganska begränsat antal storlekar och styrkor, och detta begränsade i sin tur hjärnans lagringskapacitet. Denna teori har dock ifrågasatts de senaste åren - och den nya studien stöder ytterligare idén om att hjärnan kan lagra ungefär 10 gånger mer än man en gång trott.
I den nya studien utvecklade forskare en mycket exakt metod för att bedöma styrkan hos kopplingarna mellan neuroner i en del av en råttas hjärna. Dessa synapser utgör grunden för lärande och minne, eftersom hjärnceller kommunicerar vid dessa punkter och därmed lagrar och delar information.
Genom att bättre förstå hur synapser stärks och försvagas, och med hur mycket, kvantifierade forskarna mer exakt hur mycket information dessa kopplingar kan lagra.
Analysen, som publicerades i tidskriften Neural Computation, visar hur denna nya metod inte bara kan öka vår förståelse för inlärning utan också för åldrande och sjukdomar som urholkar kopplingar i hjärnan.
"Dessa metoder är centrum för kapaciteten av informationsbehandling hos neurala kretsar" berättade Jai Yu, biträdande professor i neurofysiologi vid University of Chicago men som inte var involverad i forskningen.
"Att kunna uppskatta hur mycket information potentiellt kan representeras är ett viktigt steg mot att förstå hjärnans förmåga att utföra komplexa beräkningar."
I den mänskliga hjärnan finns det mer än 100 biljoner synapser mellan neuroner.
Kemiska budbärare skickas över dessa synapser, vilket underlättar överföringen av information genom hjärnan. När vi lär oss ökar överföringen av information genom specifika synapser. Denna "förstärkning" av synapser gör det möjligt för oss att behålla den nya informationen. Generellt sett stärks eller försvagas synapser beroende på hur aktiva deras beståndsdelar är - ett fenomen som kallas synaptisk plasticitet.
Men när vi åldras eller utvecklar neurologiska sjukdomar, såsom Alzheimers, blir våra synapser mindre aktiva och försvagas därmed, vilket minskar kognitiv prestation och vår förmåga att lagra och hämta minnen.
Forskare kan mäta synapsernas styrka genom att titta på deras fysiska egenskaper.
Dessutom aktiverar meddelanden som skickas av en neuron ibland ett par synapser, och forskare kan använda dessa par för att studera precisionen hos synaptisk plasticitet. Med andra ord, givet samma meddelande, stärks eller försvagas varje synaps i paret på exakt samma sätt?
Att mäta precisionen hos synaptisk plasticitet har tidigare visat sig vara svårt, liksom att mäta hur mycket information en given synaps kan lagra. Den nya studien ändrar på det.
För att mäta precisionen hos synaptisk styrka och plasticitet utnyttjade teamet informationsteori, ett matematiskt sätt att förstå hur information överförs genom system. Denna metod gör det också möjligt för forskare att kvantifiera hur mycket information som kan överföras över synapser, samtidigt som man tar hänsyn till hjärnans "bakgrundsbrus."
Denna överförda information mäts i bitar, så att en synaps med ett högre antal bitar kan lagra mer information än en med färre bitar, berättade Terrence Sejnowski, medförfattare till studien och chef för Computational Neurobiology Laboratory vid The Salk Institute. En bit motsvarar en synaps som skickar överföringar med två styrkor, medan två bitar möjliggör fyra styrkor och så vidare.
Teamet analyserade par av synapser från en råttas hippocampus, en region i hjärnan som spelar en viktig roll i inlärning och minnesbildning. Dessa synapser var grannar och de aktiverades som svar på samma typ och mängd hjärnsignaler. Teamet fastställde att dessa par, givet samma inmatning, förstärktes eller försvagades med exakt samma mängd - vilket tyder på att hjärnan är mycket exakt när den justerar en given synaps styrka.
Analysen föreslog att synapser i hippocampus kan lagra mellan 4,1 och 4,6 bitar information. Forskare hade kommit fram till en liknande slutsats i en tidigare studie av en råtthjärna, men vid tidpunkten hade de analyserat data med en mindre exakt metod. Den nya studien hjälper till att bekräfta vad många neuroforskare nu antar - att synapser bär mycket mer än en bit vardera, bekräftade Kevin Fox, professor i neurovetenskap vid Cardiff University i Storrbritannien som inte var inblandad i forskningen.
Resultaten är baserade på ett mycket litet område av råttans hippocampus, så det är oklart hur det skulle skalas till en hel råtta- eller mänsklig hjärna. Det skulle vara intressant att avgöra hur denna kapacitet för informationslagring varierar i hjärnan och mellan arter sa Yu.
I framtiden skulle teamets metod också kunna användas för att jämföra lagringskapaciteten hos olika områden i hjärnan, sa Fox. Den skulle också kunna användas för att studera ett område i hjärnan när den är frisk och när den är i sjukd tillstånd.
Kommentarer
Skicka en kommentar