Das menschliche Gehirn Speicher könnte das gesamte Internet

Das menschliche Gehirn möglicherweise halten Sie möglichst viele Informationen in seinem Gedächtnis wie auf das gesamte Internet enthalten ist schlägt neue Forschung.

Forscher entdeckten, dass im Gegensatz zu einem klassischen Computer, der Informationen als 0en und 1en codes, eine Gehirnzelle 26 verschiedene Möglichkeiten, um seine "Bits." code verwendet Sie berechnet, dass das Gehirn speichern könnte 1 Petabyte (oder 1 Billiarde Byte) Informationen.

"Das ist eine Bombe auf dem Gebiet der Neurowissenschaft", sagte Terry Sejnowski, Biologe am Salk Institute in La Jolla, Kalifornien, in einer Erklärung. "Unsere neuen Messungen der Speicherkapazität des Gehirns steigern vorsichtigen Schätzungen um einen Faktor von 10."

Erstaunliche computer

Darüber hinaus kann das menschliche Gehirn diese irrsinnige Menge an Informationen während nippen gerade genug Energie für den Betrieb einer schwachen Glühbirne speichern. [Top 10 Geheimnisse des Geistes]

Im Gegensatz dazu ein Computer mit der gleichen Speicher und Prozessorleistung macht müsste 1 Gigawatt Strom, oder "im Grunde ein ganzes Atomkraftwerk auf einem Computer ausführen, die tut, was unsere"Computer"mit 20 Watt", sagte Co-Studienautor Tom Bartol, Neurowissenschaftler am Salk Institute.

Das Team wollte insbesondere, werfen einen Blick an der Hippocampus, eine Hirnregion, die eine wichtige Rolle spielt lernen und Kurzzeitgedächtnis.

Um die Geheimnisse des Geistes zu entwirren, nahm das Forschungsteam eine teensy Scheibe eine Ratte Hippocampus, legte ihn in Flüssigkeit, Einbalsamierung dann geschnittene mit einem extrem scharfen Diamant-Messer, ein Prozess vergleichbar mit "schneiden eine Orange," sagte Bartol. (Wenn eine Ratte Gehirn nicht identisch mit einem menschlichen Gehirn ist, ähneln die grundlegende anatomische Merkmale und Funktion von Synapsen über alle Säugetiere.) Das Team dann das dünne Gewebe in Kunststoff eingebettet, sah es unter dem Mikroskop und digitale Bilder erstellt.

Als nächstes war Forscher ein Jahr tracing mit Stift und Papier, jede Art von Zelle, die sie sahen. Nach all diesen Anstrengungen hatte das Team alle Zellen in der Probe, ein umwerfend winziges Volumen des Gewebes zurückzuführen. [Bildergalerie: Einsteins Gehirn]

"Sie 20 dieser Proben über die Breite eines einzelnen Haares passen könnte," sagte Bartol Leben Wissenschaft.

Größenverteilung

Als nächstes gezählt das Team die komplette Neuronen oder Gehirnzellen im Gewebe, das 450 betrugen. Diese Zahl hatte 287 die komplette Strukturen, die, denen die Forscher interessiert waren.

Neuronen aussehen ein bisschen geschwollen, unförmigen Luftballons, mit langen Ranken, die Axone und Dendriten schlängelt sich vom Zellkörper genannt. Axone fungieren als der Gehirnzelle Ausgabe Draht, sendet eine Flut von Moleküle, so genannte Neurotransmitter, während kleine Stacheln auf Dendriten der chemischen Nachrichten von Axon über einen schmalen Spalt, erhalten die Synapse genannt. (Die Stelle auf die Dendriten, mit der diese chemischen Botschaften über die Synapse übertragen werden, ist die dendritische Wirbelsäule genannt.) Der empfangende Gehirnzelle kann dann aus seinem Cache von Neurotransmittern, diese Botschaft an andere Neuronen Relais Feuer, obwohl in den meisten Fällen es nichts als Antwort tut.

Bisherigen Arbeit hatten gezeigt, dass die größte Synapsen die kleinsten um den Faktor 60 Zwerg. Dass Größenunterschied die Stärke der die zugrunde liegende Verbindung spiegelt – während die durchschnittliche Neuron ankommende Signale etwa 20 Prozent der Zeit Relais, kann dieser Prozentsatz im Laufe der Zeit erhöhen. Je mehr eine Gehirn-Schaltung wird eine Training (das heißt, die mehr ein Netzwerk von Neuronen aktiviert ist), desto höher die Chancen sind, dass ein Neuron, Schaltung ausgelöst wird, wenn ein anderer es ein Signal sendet. Der Prozess der Stärkung dieser neuronalen Netzen scheint zu erweitern die physikalische Anlaufstelle an den Synapsen, Erhöhung der Menge an Neurotransmittern, die sie freigeben können, die sagte Bartol.

Wenn Neuronen im wesentlichen miteinander über eine Synapse Klappern, eine Gehirnzelle, die Kommunikation über eine größere Synapse eine lautere Stimme als eine Kommunikation über eine kleinere Synapse hat gesagt dann Bartol.

Aber Wissenschaftler haben viel über wie viele Größen der Neuronen gab und wie sie in Reaktion auf Signale verändert nicht verstanden.

Dann bemerkte Bartol, Sejnowski und ihre Kollegen etwas lustiges in ihren hippocampal Slice. Etwa 10 Prozent der Zeit, ein einziges Axon schlängelte und mit der gleichen Dendrit an zwei verschiedenen dendritischen Dornen verbunden. Diese Oddball Axone schickten genau den gleichen Eingang zu jedem der Spots auf die Dendriten, aber die Größen der Synapsen, wo Axone "Dendriten sprechen", variiert von durchschnittlich 8 Prozent. Das bedeutete, dass die natürliche Varianz in wieviel eine Nachricht zwischen den beiden zugrunde liegenden Synapse verändert 8 Prozent war.

Also das Team dann fragte: Wenn Synapsen können unterscheiden sich in Größe um den Faktor 60 und die Größe einer Synapse von rund 8 Prozent auf den reinen Zufall zurückzuführen variiert, wie viele verschiedene Arten von synaptischen Größen in diesem Größenbereich passen könnte und so verschieden vom Gehirn erkannt werden?

Durch die Kombination dieser das mit Signalerkennung Theorie, welche Diktat wie unterschiedlich zwei Signale werden muss, bevor das Gehirn einen Unterschied zwischen ihnen erkennt, die Forscher fanden heraus, dass Neuronen in 26 verschiedenen Größenbereiche kommen könnte. Dies ergab im Wesentlichen wie viele verschiedene Bände von "Stimmen" Neuronen zu verwenden, um mit jedem anderen chatter. Früher dachten die Forscher, dass diese Gehirnzellen in wenigen Größen kam.

Von dort konnte sie berechnen genau wieviel Informationen zwischen jeden zwei Neuronen übertragen werden konnten. Computer speichern Daten als Bits, die zwei mögliche Werte annehmen können – 0 oder 1. Aber die binäre Nachricht von einem Neuron (zu Feuer oder nicht) 26 verschiedene Größen von Neuronen produzieren kann. So verwendet sie grundlegende Informationstheorie um zu berechnen, wie viele Datenbits jedes Neuron halten kann.

"An die Nummer 26 in Einheiten von Bits, die wir nicht einfach sagen, dass 2 potenziert mit n 26 entspricht umwandeln und für n zu lösen. In diesem Fall n 4,7 Bits gleich ist,"sagte Bartol.

Dieser Speicherkapazität ungefähr 10mal was man vorher glaubte entspricht, berichtet der Forscher online in der Zeitschrift eLife.

Unglaublich effizient

Die neuen Erkenntnisse beleuchten auch wie das Gehirn Informationen speichert während noch ziemlich aktiv. Die Tatsache, dass die meisten Neuronen nicht in Reaktion auf eingehende Signale feuern, aber der Körper ist hochpräzise diese Signale in die physischen Strukturen umzusetzen erklärt teilweise, warum das Gehirn effizienter als ein Computer ist: die meisten seine schwere Heber nicht nichts tun die meiste Zeit.

Jedoch selbst wenn der durchschnittliche Gehirnzelle 80 Prozent der Zeit inaktiv ist, erklären nicht das noch, warum ein Computer benötigt 50 Millionen Mal mehr Energie, um die gleichen Aufgaben wie ein menschliches Gehirn zu tun.

"Der andere Teil der Geschichte könnte mit der Funktionsweise von Biochemie zu tun haben im Vergleich zu der Funktionsweise von Elektronen in einem Computer. Computer mit Elektronen, um die Berechnungen zu tun und Elektronen fließen in einem Draht machen viel Wärme und Hitze ist verschwendete Energie,", sagte Bartol. Biochemische Bahnen einfach viel effizienter sein können, fügte er hinzu.

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