مغز انسان چند ترابایت داده ذخیره می نماید؟ - آموزشگاه ما

غزال زیاری: نتایج یک بررسی، تأیید می نماید که مغز انسان ممکن است بتواند تقریباً 10 برابر بیشتر از آنچه قبلاً تصور می شد اطلاعات را در خود نگه دارد.

ذخیره حافظه مغز، مثل کامپیوتر، با واحد بیت میزان گیری می گردد و تعداد بیت هایی که مغز می تواند در خود نگه دارد به سیناپس ها که اتصالات بین نورون های مغز هستند، بستگی دارد. هر نورون (سلول عصبی) با چند سلول همسایه ارتباط دارد، بنابراین تعداد سیناپس ها خیلی بیشتر از تعداد نورون های مغز است. تا پیش ازاین، دانشمندان فکر می کردند که سیناپس ها میزان و قدرت محدودی دارند و از همین رو، ظرفیت ذخیره سازی مغز را محدود می دانستند.

اما این نظریه در سال های اخیر به چالش کشیده شده است و مطالعات نو حکایت از آن دارد که مغز می تواند بیش از 10 برابر بیش ازآنچه تا پیش ازاین تصور می شد، اطلاعات را 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 درواقع پایه و اساس یادگیری و حافظه هستند؛ چرا که سلول های مغز در این نقاط باهم ارتباط برقرار می نمایند و اطلاعات را ذخیره و به اشتراک می گذارند.

نحوه انتقال و ذخیره اطلاعات

دانشمندان با درک چگونگی و میزان تقویت و تضعیف سیناپس ها، به شکل دقیق تری معین کردند که این اتصالات تا چه میزان می توانند به ذخیره اطلاعات بپردازند. نتیجه این تحقیق 23 آوریل در ژورنال محاسبات عصبی منتشر شد و حکایت از آن دارد که این روش نو، نه تنها درک ما درباره یادگیری را افزایش داده، بلکه می تواند درباره پیری و بیماری هایی که ارتباطات مغز را تخریب می نمایند، اطلاعات بیشتری را در اختیار دانشمندان قرار دهد.

در مغز انسان، بیش از 100 هزار میلیارد سیناپس بین نورون ها (سلول های عصبی) وجود دارد، پیام رسان های شیمیایی در این سیناپس ها ایجادشده و بدین ترتیب انتقال اطلاعات در سراسر مغز تسهیل می گردد. طبق یافته ها، انتقال اطلاعات به وسیله بعضی سیناپس های خاص افزایش می یابد. درنتیجه تقویت سیناپس ها این امکان را برایمان فراهم می نماید تا اطلاعات نو را حفظ کنیم. به طورکلی، تقویت یا تضعیف سیناپس ها در واکنش به اینکه نورون های تشکیل دهنده آن ها چقدر فعال هستند، پدیده ای به نام پلاستیسیته سیناپسی (انعطاف پذیری سیناپسی) نام دارد.

در این میان، با افزایش سن یا ابتلا به بیماری های عصبی مثل آلزایمر، فعال شدن سیناپس های کاهش یافته و درنتیجه تضعیف می شوند و از همین رو عملکرد شناختی و توانایی ما برای ذخیره و بازیابی خاطرات کمتر می گردد.

میزان گیری قدرت سیناپس ها

دانشمندان می توانند با مشاهده ویژگی های فیزیکی سیناپس ها، قدرت آن ها را میزان گیری نمایند. به علاوه، گاهی پیام های ارسالی از سمت یک نورون، یک جفت سیناپس را فعال می نماید و دانشمندان می توانند از این جفت ها برای مطالعه بر روی دقت انعطاف پذیری سیناپسی استفاده نمایند. سؤال مطرح شده این است که در صورت ارسال یک پیام یکسان، آیا هر جفت سیناپس، دقیقاً به یک شکل تقویت یا تضعیف می گردد؟

درگذشته دقت میزان گیری انعطاف پذیری سیناپسی، به میزان محاسبه میزان اطلاعات قابل ذخیره در هر سیناپس سخت بود ولی حالا در مطالعات نو این روند تغییر نموده است.

اعضای این تیم برای میزان گیری قدرت سیناپسی و انعطاف پذیری آن، از نظریه اطلاعات استفاده کردند؛ یک روش ریاضی برای درک نحوه انتقال اطلاعات به وسیله یک سیستم. این رویکرد به علاوه این امکان را برای دانشمندان فراهم می نماید تا میزان اطلاعاتی که می توان به وسیله سیناپس ها منتقل کرد را با در نظر گرفتن صدای پس زمینه مغز، محاسبه نمایند.

ترنس سجنوفسکی، نویسنده ارشد این مطالعه و رئیس آزمایشگاه نوروبیولوژی محاسباتی موسسه مطالعات بیولوژیکی سالک دراین باره گفت: این اطلاعات ارسالی برحسب بیت میزان گیری می شوند؛ یک سیناپس با تعداد بیت های بیشتر می تواند اطلاعات بیشتری نسبت به سیناپسی با بیت های کمتر ذخیره کند. یک بیت مربوط به یک سیناپس است که انتقال را با دو قدرت ارسال می نماید و دو بیت، چهار قدرت را ارسال خواهد نمود و به همین ترتیب.

اعضای تیم به بررسی جفت سیناپس هایی از هیپوکامپ موش (منطقه ای از مغز که نقش مهمی در یادگیری و شکل گیری حافظه دارد) پرداختند. این جفت سیناپس ها همسایه بودند و در واکنش به یک نوع و میزان سیگنال های مغزی معین، فعال می شدند. تیم تشخیص داد که با توجه به ورودی یکسان، این جفت ها دقیقاً به همان میزان تقویت یا تضعیف شدند و این نشان می دهد که مغز هنگام تنظیم قدرت یک سیناپس بسیار دقیق است.

این بررسی نشان داد که سیناپس ها در هیپوکامپ می توانند بین 4.1 تا 4.6 بیت اطلاعات ذخیره نمایند. گرچه محققان در مطالعه قبلی روی مغز موش ها به نتیجه مشابهی دست یافته بودند، اما آن بررسی، داده ها با دقت کمتری بررسی شده بود. کوین فاکس، پروفسور علوم اعصاب دانشگاه کاردیف که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: مطالعه نو به تأیید فرضیه دانشمندان علوم اعصاب یاری می نماید: اینکه هریک از سیناپس ها، بیش از یک بیت اطلاعات را حمل می نمایند.

این یافته ها بر اساس بررسی یک منطقه بسیار کوچک از هیپوکامپ مغز موش صحرایی است؛ درنتیجه معین نیست که مقیاس آن در مغز یک موش کامل یا مغز انسان، چگونه خواهد بود. معین این که چگونه این ظرفیت برای ذخیره اطلاعات در مغز و بین گونه ها فرق دارد، جالب خواهد بود.

فاکس گفت: در آینده، از روش این تیم برای مقایسه ظرفیت ذخیره سازی منطقه ها مختلف مغز استفاده خواهد شد و می توان از آن برای مطالعه یک ناحیه از مغز در زمان سلامت و در حالت پیری بهره برد.

منبع: livescience

54321