Știi și câștigi sănătate: Creierul uman, cel mai performant computer

Oamenii de știință au cuantificat capacitatea creierului de a stoca în memorie atât de multe informaţii cât conţine întreg internetul, cu un consum de energie incomparabil mai mic.

 

Memoria este esențială pentru definirea identității umane și este implicată, practic, în absolut toate procesele cognitive majore. De-a lungul istoriei au existat oameni despre care s-a consemnat că au avut o memorie „colosală”.

Potrivit specialiștilor Universității California – Irvine, în lume există doar câteva zeci de persoane care și-au putut aminti fiecare minut al vietii lor, fiecare moment important trăit dupa vârsta de 10 ani, reținând absolut toate detaliile. Aceștia posedă ceea ce oamenii de știință numesc „memorie autobiografică superioară”, iar cercetătorii au identificat nouă regiuni cerebrale modificate în creierele a 11 dintre aceștia, care au participat la un studiu, aveau mai multă materie albă solidă, care făcea legătura între zonele centrale și cele frontale ale creierului. Nu s-a stabilit însă dacă mecanismele ce permit o memorare ieșită din comun sunt de tip genetic sau molecular.

Numeroase teorii arată că de fapt, nu uităm nimic sub aspectul depozitării informaţiei, doar că aceasta nu este accesibilă la nivel conștient. Într-un studiu publicat în revista „Neuron”, în 2017, se arată că există metode prin care se poate dobândi o capacitate de memorare uimitoare, care să permită amintirea unei liste de câteva zeci de cuvinte, folosind o tehnică strategică de îmbunătăţire a memoriei.

 

Oamenii de știință au descris adesea capacitatea creierului uman utilizând termeni informatici, însă creierul este cu mult mai complex și mai flexibil decât un hard drive, funcționând într-o cu totul altă manieră. Memoria omului este distribuită pe toată suprafața creierului, spre deosebire de un computer, care are o locație specifică de stocare pentru fiecare fișier. Creierul uman nu stochează cuvinte sau reguli care să îi spună cum să le manipuleze și nici nu creează reprezentări ale stimulilor vizuali, pe care să le stocheze în buffer-ul memoriei de scurtă durată, pentru ca apoi să le transfere către un dispozitiv de memorare de lungă durată, așa cum fac computerele.

Metafora memoriei unui computer utilizată în acest sens reprezintă însă o modalitate adecvată pentru a nuanţa capacitatea creierului uman de a stoca informații, această capacitatefiind chiar mai mare decât s-a crezut anterior, deoarece există o mai mare diversitate a sinapselor decât se bănuia.

 

Cercetătorii la Institutul Salk din La Jolla, California au descoperit că o celulă cerebrală utilizează 26 de moduri diferite de a codifica „biţii” săi, spre deosebire de un calculator clasic, care codifică informaţiile în coduri precum 0 şi 1. Astfel, cercetătorii au estimat că un creier uman ar putea stoca un petabyte (1 milion de GB) de informaţii, echivalentul memoriei de stocare a 31.250 telefoane iPhone 7s (de 32 GB). Noile măsurători efectuate asupra capacității de stocare a creierului indică o creștere a estimărilor de 10 ori, la cel puțin un petabyte – la același niveluri estimative cu World Wide Web.

Totodată, oamenii de știință consideră că un creier uman poate stoca această cantitate uluitoare de informaţii cu un consum redus de energie, comparabilă cu cea necesară pentru a conecta un bec slab. Prin contrast, un computer cu aceeaşi memorie şi putere de procesare ar avea nevoie de un gigawatt de putere, adică de „puterea unei întregi centrale nucleare pentru a rula un calculator asemenea «computerului » uman care face acelaşi lucru cu 20 de waţi”, potrivit neurologului Tom Bartol, co-autor al studiului.

 

Cercetătorii au reconstruit hipocampusul unui șobolan – o zonă a creierului cel mai adesea asociată cu memoria de lungă durată, utilizând modelarea 3D, cu scopul de a investiga funcțiile sale. Deşi creierul unui şobolan nu este identic cel uman, caracteristicile anatomice de bază şi funcţiile sinapselor sunt foarte similare la toate mamiferele, explică cercetătorii de la la Institutul Salk.

Aceștia au petrecut un an urmărind fiecare tip de celule, apoi au numărat toţi neuronii compleţi sau celulele creierului din ţesut şi au totalizat 450. Din acest număr, 287 au avut structurile complete ce i-au interesat pe cercetători.

După ce au realizat mai multe experimente, au fost putut calcula exact cât de multe informaţii pot fi transmise între oricare doi neuroni. Informaţiile pe calculatoare sunt depozitate în biţi, care pot avea două valori potenţiale, şi anume 0 sau 1. Acelaşi mesaj binar, provenind de la un neuron, poate produce 26 de dimensiuni diferite de neuroni.

Rezultatele studiului sugerează că sinapsele și-ar modifica dimensiunile în funcție de semnalele primite, permițându-le astfel să fie mult mai versatile.

 

Oamenii de știință au folosit teoria informaţiilor de bază pentru a calcula cât de mulţi biţi de date poate deţine fiecare neuron. „Pentru a converti numărul 26 în unităţi de biţi, ridicăm 2 la puterea n şi este egal cu 26 şi ne rămâne să-l aflăm pe n. În acest caz, n = 4.7 biţi”, a explicat neurologul de la institutul Salk.

Conform specialiștilor, majoritatea neuronilor nu se activează ca răspuns la semnalele de intrare, dar trupul este extrem de precis în traducerea acestor semnale la nivelul structurilor fizice. Acest lucru explică în parte de ce creierul este mult mai eficient decât un computer. Cea mai mare parte dintre aceste formaţiuni sunt pasive în majoritatea timpului.

„Cealaltă parte a istorioarei ar putea avea legătură cu modul în care funcţionează biochimia, comparativ cu modul în care electronii sunt activaţi într-un computer. Calculatoarele folosesc electroni pentru a face calculele, electronii generează căldură, iar această căldură iroseşte energie. Căile biochimice pot fi pur şi simplu mult mai eficiente”, a conchis Bartol.

Este important să reținem însă că studiul a fost realizat exclusiv pe șobolani, iar până când acesta nu va fi aplicat și pe subiecți umani, este imposibil de știut dacă rezultate menționate mai sus pot fi reproduse şi la oameni.