О хранении информации в мозге

О хранении информации в мозге

Продолжение. Начало см. —Что такое нервный импульс

   Допустим, что клетка может находиться в одном или  нескольких устойчивых резонансных (автоколебательных) состояниях. Она может быть «выключена», что соответствует смерти, или находиться в автоколебательном режиме на некоторой резонансной частоте. Можно предположить, что процесс изменения параметров такой колебательной системы управляем. Тогда, клетку можно настроить на некоторое количество резонансных частот.

      Если считать клетку (нейрон) элементарной единицей (элементом) памяти, то такой элемент памяти способен запомнить некоторое количество состояний – N.  Для простоты понимания и ограничения воображения предположим, что N это дискретное число фиксированных частот на которые может настроиться клетка как колебательный элемент (возможно, что N — это количество дендрит.

    Немного математики. При двоичной системе исчисления, один элемент памяти может хранить информацию о двух состояниях – единица и ноль (два бита) N=2.  Десять единиц памяти хранят информацию  2 в степени 10, то есть 1024 бит. Теперь предположим, что клетка мозга может хранить информацию в 10 фиксированных состояниях, тогда объем памяти для 10 клеток составит 10 в 10-й степени, то есть 10 миллиардов бит, то есть примерно в 10 миллионов раз больше чем то то же количество элементов памяти в ЭВМ.
В соответствии с имеющимися на сегодня лабораторными данными, в человеческом мозге содержится Z=15 миллиардов нейронов (1.5 * 1010).
Можно сделать предположение о колоссальной информационной емкости мозга.

       Однако, производительность вычислительной системы характеризуется, не только объемом памяти, но и ее быстродействием.
С объемом памяти мозга, надеюсь, все понятно, он несоизмеримо выше чем у любого компьютера, который мы сможем себе вообразить.  А вот с быстродействием проблемы, тут мозг безусловно проигрывает компьютеру.
Скорость передачи нервного импульса измерена и составляет от 3 до 120 м/с.  Согласитесь, ни о каком электрической сигнале при таких скоростях говорить не приходится. Скорость электрического сигнала равна скорости света и по крайней мере в три миллиарда раз выше. И этот факт подтверждает наше изначальное предположение об акустической природе нервного импульса. А данные о том, что по толстым нервам импульс передается быстрее, чем по тонким, только укрепляют нашу веру в это предположение.

    Однако, просто предположу, что колоссальный объем памяти позволяет хранить информацию не побитно, а огромными блоками на основании которых формируются и хранятся  «образы»,  цепочки «образов», целые ветви и деревья которыми в дальнейшем мозг и манипулирует. А в случаях с незнакомыми предметами, включается программа поведения заложенная на генетическом уровне (сказать «нет», отдернуть руку, отскочить, крикнуть «ой»…).  Пример — автоматизм в поведении, как свойство мозга формировать группы и последовательности образов. Попробуйте, например, во время движения на машине анализировать свои действия и нажимать педали осознанно, а не автоматически. Вы не сможете ехать. Быстродействия мозга не хватит.
Это принцип объектно-ориентированного программирования повсеместно ныне используется в программировании.
Такая «технология» может обеспечить мозгу необходимое быстродействие. Как отмечал В. Бехтерев, «все развитие нервно-психической деятельности человеческих существ, собственно, и сводится к систематическому воспитанию путем жизненного опыта условных рефлексов, значительно усложняющихся и подвергающихся затормаживанию в зависимости от тех или других условий и затем вновь оживляющихся при соответственном случае».

   Теперь поговорим о собственно запоминании. Предположим, что для запоминания используется возбуждение клеток мозга на какой-то оптимальной, средней частоте, а потом, по мере необходимости используются частоты отличные от оптимальной (от центра к периферии).

   Оптимальная частота наиболее устойчива для автоколебательного состояния и может долгое время хранить информацию  без больших затрат энергии, периферийные частоты – менее устойчивы и более склонны к потерям (вот вам объяснение понятий долговременной и кратковременной памяти, а также старческого склероза).    Наиболее значимая базовая информация хранится на оптимальных частотах, менее значимая с точки зрения организма — на периферийных.

      Число дискрет в допустимом диапазоне частот клетки мозга не постоянно и может изменяться по мере заполнения памяти путем расширения диапазона.  Если в средней части диапазона хранение информации более устойчиво, то понятно почему у стариков прекрасно сохраняются старые воспоминания, но очень быстро стираются свежие знания, склероз это проблема хранения информации на периферийных участках частотного диапазона.

    Можно было бы предположить, что возможно увеличение объема памяти происходит за счет изменения количества дискрет в определенном диапазоне, но тогда возникла бы потребность постоянной перезаписи и временного хранения информации. Рискованно и расточительно. Система должна быть предельно простой для того, чтобы она могла существовать.

——
PS. Приходилось слышать о том, что возможности человеческого мозга используются лишь на 20 процентов. Интересно проверить информацию о том как это подсчитано.
Полагаю, что человек использует свой мозг на все 100 процентов, а вот развивает он его значительно меньше, может и на те самые 20 процентов.

О хранении информации в мозге: 5 комментариев

  1. Пять интересных фактов о мозге

    1. Мозг является лидером по энергопотреблению в нашем организме. Действительно, хотя процентное соотношение массы мозга к общей массе тела составляет всего 2%, на него «работает» 15% сердца, а сам мозг потребляет более 20% кислорода, захватываемого легкими. Вот уж действительно — «любишь кататься, люби и саночки возить». Для доставки кислорода в мозг работают три крупные артерии, которые предназначены исключительно для его постоянной подпитки.

    2. Мозг практически полностью развивается к семи годам. Ученые подтверждают — около 95% тканей мозга окончательно организовываются к семи годам, составляя целиком законченный орган. Кстати, именно из-за быстрого развития мозга энергопотребление нервной системы двухлетнего ребенка в два раза превышает энергопотребление нервной системы взрослого человека. Кстати, у мужчин мозг больше, чем у женщин — но это не означает, что мужчины умнее (отдадим дань феминизму, это действительно правда). Кстати, интересным фактом является также различие в размере различных областей у мозга мужчин и женщин.

    3. Несмотря на огромное количество нервных окончаний (собственно, весь мозг — одно большое нервное окончание), наш головной мозг не способен чувствовать боль. Все дело в том, что в мозге совсем нет болевых рецепторов: а зачем они, если разрушение мозга приводит к смерти организма? Тут боль совсем не нужна, природа решила верно. Правда, боль чувствует оболочка, в которую заключен наш мозг. Именно поэтому мы так часто чувствуем различные типы головной боли — все это зависит от природы оболочки и от физиологических особенностей нашего организма.
    4. Человек использует практически все ресурсы своего мозга. Существует один миф непонятного происхождения, согласно которого мозг работает всего на 10% — однако этот миф появился еще в начале 20-го века в результате пары неточных лабораторных опытов. Как вообще ученые начала 20-го века могли посчитать количество задействованных в работе нейронов? Конечно же, никак. Зато современные ученые множество раз проводили соответствующие опыты, которые показали, что мы практически полностью используем ресурсы мозга.

    5. Клетки головного мозга восстанавливаются. Противоположное утверждение — результат еще одного мифа, которому также более 100 лет. Нервные клетки мозга действительно регенерируют, хоть и не так быстро, как клетки нашего тела. Действительно, если бы клетки не регенерировали, как бы люди восстанавливались после черепно-мозговых травм? Синапсы, служащие «мостами» между клетками мозга, действительно восстанавливаются — и сами нейроны тоже. Интересно, что алкоголизм, вопреки многолетним утверждениям, не убивает нейроны головного мозга — однако синапсы действительно отмирают. Понятное дело, что с разрушением связей мозга мыслительный процесс начинает «тормозить», а затем и вообще еле тлеет.

Добавить комментарий