مغز انسان چند ترابایت داده ذخیره می کند؟

غزل زیاری: نتایج یک مطالعه تأیید می کند که مغز انسان ممکن است بتواند تقریباً ده برابر بیشتر از آنچه قبلاً تصور می شد اطلاعات را ذخیره کند.

ذخیره سازی حافظه مغز، مانند کامپیوتر، با بیت ها اندازه گیری می شود و تعداد بیت هایی که مغز می تواند ذخیره کند به سیناپس ها بستگی دارد، که اتصالات بین نورون های مغز هستند. هر نورون (سلول عصبی) به چندین سلول مجاور متصل است، بنابراین تعداد سیناپس ها بسیار بیشتر از تعداد نورون های مغز است. تا به حال، دانشمندان تصور می کردند که سیناپس ها از نظر اندازه و قدرت محدود هستند و بنابراین ظرفیت ذخیره سازی مغز را محدود می کنند.

با این حال، این نظریه در سال های اخیر زیر سوال رفته است و مطالعات جدید نشان می دهد که مغز می تواند بیش از ده برابر بیشتر از آنچه قبلا تصور می شد، اطلاعات ذخیره کند. در این مطالعه، دانشمندان از روش بسیار دقیقی برای ارزیابی قدرت اتصالات بین نورون ها در بخشی از مغز موش استفاده کردند. این سیناپس ها در واقع پایه ای برای یادگیری و حافظه هستند. زیرا در این مکان ها سلول های مغز با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند و اطلاعات را ذخیره و به اشتراک می گذارند.

نحوه انتقال و ذخیره اطلاعات

با درک اینکه چگونه و تا چه حد سیناپس ها قوی تر و ضعیف تر می شوند، دانشمندان توانسته اند با دقت بیشتری تعیین کنند که این اتصالات چقدر می توانند اطلاعات را ذخیره کنند. نتایج این تحقیق که در 23 آوریل در مجله محاسبات عصبی منتشر شد، نشان می‌دهد که این روش جدید نه تنها درک ما از یادگیری را بهبود می‌بخشد، بلکه می‌تواند اطلاعات بیشتری در مورد پیری و بیماری‌هایی که ارتباطات مغزی را از بین می‌برند به دانشمندان بدهد.

بیش از 100000 میلیارد سیناپس بین نورون ها (سلول های عصبی) در مغز انسان وجود دارد. پیام رسان های شیمیایی در این سیناپس ها تولید می شوند که انتقال اطلاعات را در سراسر مغز تسهیل می کنند. بر اساس یافته ها، انتقال اطلاعات از طریق سیناپس های خاص افزایش یافته است. این به ما امکان می دهد تا با تقویت سیناپس ها اطلاعات جدید را ذخیره کنیم. به طور کلی، تقویت یا ضعیف شدن سیناپس ها در پاسخ به فعالیت نورون های تشکیل دهنده آنها، پدیده ای به نام پلاستیسیته سیناپسی است.

با افزایش سن یا بیماری های عصبی مانند آلزایمر، اکنون فعالیت سیناپس ها کاهش می یابد و در نتیجه این سیناپس ها ضعیف می شوند که عملکرد شناختی ما و توانایی ذخیره و بازیابی خاطرات را کاهش می دهد.

اندازه گیری قدرت سیناپس ها

دانشمندان می توانند قدرت سیناپس ها را بر اساس خواص فیزیکی آنها اندازه گیری کنند. علاوه بر این، گاهی اوقات پیام‌هایی از یک نورون، یک جفت سیناپس را فعال می‌کند و دانشمندان می‌توانند از این جفت‌ها برای مطالعه دقت شکل‌پذیری سیناپسی استفاده کنند. سوال مطرح شده این است: آیا هر جفت سیناپس در هنگام ارسال یک پیام دقیقاً به همان روش تقویت یا ضعیف می شود؟

در گذشته، اندازه گیری دقیق انعطاف پذیری سیناپسی به اندازه محاسبه مقدار اطلاعاتی که می توان در هر سیناپس ذخیره کرد دشوار بود، اما اکنون این فرآیند در مطالعات جدید تغییر کرده است.

اعضای تیم از تئوری اطلاعات برای اندازه گیری قدرت و انعطاف سیناپسی استفاده کردند. یک روش ریاضی برای درک نحوه انتقال اطلاعات از طریق یک سیستم. این رویکرد همچنین به دانشمندان اجازه می دهد تا میزان اطلاعاتی را که می تواند از طریق سیناپس ها منتقل شود، محاسبه کنند، در حالی که نویز پس زمینه مغز را در نظر می گیرند.

ترنس سجنوفسکی، نویسنده ارشد این مطالعه و مدیر آزمایشگاه نوروبیولوژی محاسباتی در موسسه مطالعات بیولوژیکی سالک، گفت: «این داده‌های ارسالی در بیت‌ها اندازه‌گیری می‌شوند. سیناپس با بیت های بیشتر می تواند اطلاعات بیشتری نسبت به سیناپس با بیت های کمتر ذخیره کند. “یک بیت مربوط به سیناپسی است که انتقالی را با دو نیرو ارسال می کند، و دو بیتی که چهار نیرو را ارسال می کند و غیره.”

اعضای تیم جفت سیناپس‌های هیپوکامپ موش‌ها (ناحیه‌ای از مغز که نقش مهمی در یادگیری و شکل‌گیری حافظه دارد) را تجزیه و تحلیل کردند. این جفت سیناپس ها مجاور بودند و در پاسخ به نوع و مقدار خاصی از سیگنال های مغزی فعال می شدند. این تیم دریافتند که این جفت‌ها دقیقاً به همان میزان با همان ورودی تقویت یا ضعیف شدند، که نشان می‌دهد مغز در تنظیم قدرت سیناپس بسیار دقیق است.

این مطالعه نشان داد که سیناپس ها در هیپوکامپ می توانند بین 4.1 تا 4.6 بیت اطلاعات ذخیره کنند. اگرچه محققان در مطالعه قبلی روی مغز موش به نتیجه مشابهی رسیده بودند، این مطالعه داده ها را با دقت کمتری بررسی کرد. کوین فاکس، استاد علوم اعصاب در دانشگاه کاردیف، که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: “مطالعه جدید به تایید یک فرضیه در میان دانشمندان علوم اعصاب کمک می کند: هر سیناپس بیش از یک بیت اطلاعات را حمل می کند.”

این یافته ها بر اساس بررسی یک ناحیه بسیار کوچک از هیپوکامپ مغز موش صحرایی است. بنابراین، مشخص نیست که وسعت آن در مغز کل موش یا انسان چقدر خواهد بود. تعیین اینکه چگونه این توانایی برای حفظ اطلاعات در مغز و بین گونه ها متفاوت است، جالب خواهد بود.

فاکس گفت: “در آینده، روش این تیم برای مقایسه ظرفیت ذخیره سازی مناطق مختلف مغز مورد استفاده قرار خواهد گرفت و می توان از آن برای مطالعه همان ناحیه مغز در سلامت و پیری استفاده کرد.”

منبع: علوم زیستی

54321