Наш мозг вмещает примерно от 3 000 000 000 000 000 до 8 000 000 000 000 000 байт. Или 3–8 петабайт.
Для сравнения, это примерно в тысячу раз меньше объема данных в интернете. Примерно столько же данных можно скачать при помощи торрента Rutracker.org. Короче, это много. Очень.
Как это измерили
Мозг человека (и других млекопитающих) устроен несколько сложнее, чем жесткий диск. Информация хранится и обрабатывается нейронами – нервными клетками мозга. Между ними проходят электрические и химические сигналы – можно сравнить их с проводами. В мозгу человека десятки миллиардов нейронов.
Чтобы измерить количество информации, которую они могут вместить, в 2016 году ученые из США создали компьютерную модель клетки того участка мозга, который отвечает за переработку памяти (он называется гиппокампом).
Гиппокамп – отросток внизу, похожий на улитку
Выяснилось, что в каждой нервной клетке может храниться примерно 4,7 бита информации. Если перемножить как раз и получится несколько петабайт. Кстати, мозг человека – самое эффективное вычислительное устройства из существующих. На поддержание всей этой системы требуется всего 20 ватт в час.
Почему мозг заполняется так медленно
У человека есть специальные механизмы защиты мозга от перегрузки лишней информацией.
Причем, лишней мозг чаще всего считает ту информацию, которую мы наоборот пытаемся запомнить: цифры, даты, имена. А вот совершенно бесполезные для современного человека данные о вкусе, цвете и запахе предметов мозг отлично запоминает. Через много лет можно помнить, как пахли цветы, которые вы нюхали в детстве.
Это неприятные подарок от эволюции: нашим доисторическим предкам не приходилось запоминать имена и даты, важнее для них была дорога к ближайшему малиннику и внешний вид съедобных грибов.
Как информация хранится в мозге
Мы до конца не знаем. Самая популярная и всеобъемлющая теория называется коннекционизмом.
Если коротко, то в мозге нет участка, который хранит воспоминание о вашей собаке. Информация о ней распределена по множеству нейронов. При этом каждый нейрон может быть связан с сотнями воспоминаний: вы используете его же, когда думаете о собаке и когда пытаетесь прочитать и понять эту статью.
Поэтому сравнивать мозг с жестким диском, конечно, не совсем корректно. На жестком диске бит данных относится только к одному файлу. Но вот нейросети, о которых мы так много пишем, работают по тому же принципу.
Как воспоминания перемешиваются
Вы никогда не перепутаете море и слона. В том смысле, что море соленое, мокрое и без ушей, а слон большой, серый и с хоботом. Это пример радикально разной информации.
А вот цитаты имеют свойство легко смешиваться. Бывает, что вспомнишь сам текст, но не можешь назвать автора и источник. А вот это пример однотипной информации.
Чем сильнее информация отличается от того, что вы раньше знали, тем меньше места в памяти она занимает. Мозгу не нужно тратить место, чтобы запомнить, чем одни данные отличаются от других.
Поэтому, кстати, не рекомендуется изучать несколько языков одновременно – перепутаются.
Так можно ли переполнить мозг знаниями?
Нельзя. Дело в том, что информация имеет свойство еще и стираться, если ей не пользоваться.
Особенно быстро информация забывается на первоначальном этапе: в первый месяц после изучения. Но и потом она все равно теряется, хоть и не так быстро. Попробуйте вспомнить, чему вас учили в шестом классе на уроках географии.
Чтобы не забыть то, что вы изучили, придется постоянно повторять пройденное. В какой-то момент это займет абсолютно все ваше время. Поэтому, кстати, нельзя учить 100 иностранных слов в день. Так что единственное ограничение связано именно с этим. Ну или придется смириться с тем, что часть изученного забудется.
Мораль
Короче, учитесь спокойно. Мозг не закончится, не волнуйтесь.
У вас есть свой блог? Зарабатывайте с нами от 10 000 рублей на партнерской программе TeachLine.
Сколько информации может хранить наш мозг? И может ли в нём закончиться место?
Любая информация занимает определенный объем памяти. Наши воспоминания – это тоже информация, а значит человеческий мозг, подобно жесткому диску, должен иметь ограниченный объем. Так ли это на самом деле и сколько информации может хранить наш мозг? Давайте разбираться!
Как происходит процесс запоминания?
Рабочим компонентом мозга является нейрон – электрически возбудимая нервная клетка. Именно нейроны принимают, обрабатывают, хранят и выдают информацию обратно путем электро-химических сигналов.
Процесс записи происходит путем объединения нескольких нейронов в единую сеть. Всякий раз, когда человеку нужно вспомнить некие сведения, мозг активизирует связанные с ними нейронные сети. Соответственно, чем больше связей между нейронами, тем больше память.
Правда, деятельность нервных клеток довольно энергозатратна для организма. В состоянии покоя мозг потребляет 20% вырабатываемой энергии. При активной умственной работе расход может увеличиваться втрое, резко уменьшая уровень глюкозы в теле.
Чтобы сэкономить энергию, мозг проводит постоянную оптимизацию среди нейронов, удаляя долго неиспользованные сети. Именно поэтому человеку свойственно забывать знания. В голове остаются либо наиболее яркие, либо часто используемые воспоминания.
Сколько в нас гигабайтов?
В мозге среднестатистического человека содержится приблизительно 100 миллиардов нейронов. Каждый из них может участвовать максимум в 10 000 нейронных связях. Каждый нейрон вмещает 4.7 бита информации. На основе этих данных исследователи пришли к выводу, что общая память человека составляет 1 миллион гигабайт (1 петабайт).
Много ли это? Для нас это практически бесконечный объём. Чтобы в совершенстве выучить английский язык, человеку потребуется 1.6 мегабайта памяти. Чтобы запомнить 36 миллионов томов Библиотеки Конгресса США, нужно 0.1 петабайт.
Полностью забить человеческую память информацией не получится и в течение нескольких жизней. Однако жить с огромной памятью было бы крайне неудобно.
Для поддержания всех нейронных связей в рабочем состоянии человеку потребуется регулярно их использовать, затрачивая колоссальное количество энергии. Для её восполнения эрудиту придется жевать пищу сутками напролет. Да и мозг не может работать 24/7, ему тоже нужно отдыхать.
Объём памяти в человеческом мозге оказался невероятно большим. Эту тему исследовали американские неврологи: авторы научной работы Терри Сейновски (Terry Sejnowski) из института биологических исследований Солка и Кристен Харрис (Kristen Harris) из университета Техаса в Остине, с коллегами. Их статья опубликована в журнале eLife.
Сейновски, очевидно, имеет в виду только текстовую информацию. Но даже в этом случае такая оценка очень впечатляет.
В своей работе исследователи построили 3D-модель ткани гиппокампа крысы, на основе фактических данных. И в этой модели обнаружилось кое-что странное. Синапсы — соединения между нейронами — оказались продублированы в 10% случаев. То есть там были не одиночные, а парные синапсы.
Чтобы замерить разницу между этими продублированными синапсами, группа Сейновского провела реконструкцию связности, форм и объёмов вещества мозга крысы на наномолекулярном уровне, используя современные микроскопы и вычислительные алгоритмы.
«Мы были поражены, когда обнаружили, что разница в размере синапсов из пар оказалась очень маленькой, всего лишь около 8%, — говорит Том Бартол (Tom Bartol), один из учёных. — Никто не думал, что разница окажется настолько маленькой. Это такой трюк от природы».
Открытие, что разница в размере синапсов может составлять всего 8%, означает возможность существования 26 категорий размеров синапсов (по силе синаптической связи), а не всего нескольких, как считалось раньше. Это значительно повышает «разрядность» системы, что означает существенное увеличение потенциального объёма хранимой информации (примерно 4,7 бита на синапс). Результаты исследования демонстрируются в видеоролике.
Как работают синапсы
«Грубо говоря, здесь на порядок более высокая точность, чем кто-либо мог представить, — объясняет Сейновски. — Последствия это открытия могут быть серьёзными. Под видимым хаосом и беспорядком вещества мозга находится высокая точность и аккуратный порядок, который раньше был скрыт от нас».
Расчёты учёных показывают, что синапсы изменяют свой размер и свойства, в зависимости от передаваемого сигнала. Примерно 1500 передач нейроимпульса вызывают изменения в маленьких синапсах (занимает около 20 минут), в то время как пару сотен передач (1-2 минуты) изменяют большие синапсы.
Другими словами, каждые 2-20 минут синапсы в мозге изменяют размер, настраиваясь на передаваемый сигнал.
Сделанные открытия в работе синапсов могут найти применение и в информатике, в разработке сверхточных и энергоэффективных систем, использующих техники глубинного обучения (deep learning) и нейросетей. «Этот трюк мозга определённо поможет проектировать лучшие компьютеры, — сказал Сейновски. — Использование вероятностной передачи оказалось не менее точным и намного более энергоэффективным как в компьютерах, так и в мозге».
Гиппокамп – отросток внизу, похожий на улитку
Объём памяти в человеческом мозге оказался невероятно большим. Эту тему исследовали американские неврологи: авторы научной работы Терри Сейновски (Terry Sejnowski) из института биологических исследований Солка и Кристен Харрис (Kristen Harris) из университета Техаса в Остине, с коллегами. Их статья опубликована в журнале eLife.