Человеческий мозг может хранить в десять раз больше воспоминаний, чем считалось прежде. Такие выводы сделали американские учёные из Института Солка. Нейробиологи измерили ёмкость синапсов – мест контактов клеток мозга, которые отвечают за формирование воспоминаний.
Оказалось, что в среднем один синапс может соответствовать почти пяти компьютерным битам информации. Это означает, что человеческий мозг имеет ёмкость в один петабайт или один квадрильон байт.
Поясним. Наши мысли и воспоминания — результат электрической и химической активности мозга. Ключевой момент такого рода деятельности — прохождение сигнала через синапс, место взаимодействия соседних нейронов (клеток нервной ткани, составляющей мозг). Выходной путь (аксон) одного нейрона соединён с входным путём второго нейрона (дедрит). Импульсы проходят через синапсы в виде химических веществ, называемых нейромедиаторами, чтобы оповестить принимающий нейрон, что нужно передать электрический сигнал для других нейронов. Каждый нейрон через тысячи своих синапсов может быть соединён с тысячей других нейронов.
Синапсы активно исследуются учёными, так как их дисфункция может вызвать целый ряд неврологических заболеваний.
Исследователи Института Солка решили внести свою лепту. Они сконструировали 3D-модель нейронных связей во фрагменте гиппокампа крысы. Выяснилось, что иногда аксоны одного нейрона формируют два синапса с двумя дендритами другого нейрона примерно в десяти процентах случаев. То есть образуется два канала связи, по одному из которых «сообщение» может дублироваться.
Далее нейробиологи решили измерить разницу между синапсами, чтобы определить их размеры. Как оказалось, синапсы, которые раньше считались либо большими, либо маленькими, либо средними, имеют другую систему градации. Учёные выявили 26 категорий синапсов, и каждый отличался по объёму от своего «соседа» почти на восемь процентов.
Так как объём памяти зависит от размеров синапсов, 8%-ное увеличение может играть существенную роль. Если перевести на компьютерный язык, получается, что объём памяти равен 4,7 бита на один синапс. Ранее считалось, что объём памяти в гиппокампе для краткосрочного и долгосрочного хранения информации составляет лишь один или два бита.
«Когда мы реконструировали каждый дендрит, аксон, глиальный процесс и каждый синапс из фрагмента гиппокампа размером с эритроцит, то были поражены сложностью и многообразием синаптических связей», — отмечает профессор Университета Техаса Кристен Харрис (Kristen Harris).
Многократная передача сигналов и система изменчивости синапсов обеспечивает достоверную доставку данных. Так как каждые две минуты синапсы меняются в большую или меньшую сторону. «Каждые две-двадцать минут ваши синапсы изменяются по размеру. Синапсы адаптируется в соответствии с сигналами, которые они получают», — отмечает один из исследователей Том Бартол (Tom Bartol).
«Это настоящая сенсация в области нейробиологии, — говорит ведущий автор исследования профессор Тэрри Сейновский (Terry Sejnowski). – Мы обнаружили ключ к разгадке принципа работы нейронов гиппокампа с низким уровнем энергопотребления, но высокой производительностью».
Он отмечает, что самые скромные подсчёты указывают на то, что объём памяти примерно в десять раз больше, чем считалось прежде. Это примерно один петабайт, что можно сравнить со всей информацией всемирной паутины.
Результаты исследования были опубликованы в научном журнале eLife.
Автор: Евгения Ефимова