مغز انسان چند ترابایت داده ذخیره می‌کند؟
دانشمندان با بررسی مغز موش به این نتیجه رسیدند که هر سیناپس می‌تواند حدود ۴٫۵ بیت اطلاعات ذخیره کند. مغز انسان ۱۰۰ هزار میلیارد سیناپس دارد، بنابراین به نظر می‌رسد که گنجایش مغز انسان ۴۰۹ ترابیت یا ۵۱ ترابایت باشد.
نتایج یک بررسی، تأیید می‌کند که مغز انسان ممکن است بتواند تقریباً ۱۰ برابر بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد اطلاعات را در خود نگه دارد.
ذخیره حافظه مغز، مثل کامپیوتر، با واحد "بیت" اندازه‌گیری می‌شود و تعداد بیت‌هایی که مغز می‌تواند در خود نگه دارد به سیناپس‌ها که اتصالات بین نورون‌های مغز هستند، بستگی دارد. هر نورون (سلول عصبی) با چند سلول همسایه ارتباط دارد، بنابراین تعداد سیناپس‌ها خیلی بیشتر از تعداد نورون‌های مغز است. تا پیش‌ازاین، دانشمندان فکر می‌کردند که سیناپس‌ها اندازه و قدرت محدودی دارند و از همین رو، ظرفیت ذخیره‌سازی مغز را محدود می‌دانستند.
اما این نظریه در سال‌های اخیر به چالش کشیده شده است و مطالعات جدید حکایت از آن دارد که مغز می‌تواند بیش از ۱۰ برابر بیش ازآنچه تا پیش‌ازاین تصور می‌شد، اطلاعات را ذخیره کند. در این مطالعه، دانشمندان از روش بسیار دقیقی برای ارزیابی قدرت اتصالات بین نورون‌ها در بخشی از مغز موش استفاده کردند. این سیناپس‌ها درواقع پایه و اساس یادگیری و حافظه هستند؛ چرا که سلول‌های مغز در این نقاط باهم ارتباط برقرار می‌کنند و اطلاعات را ذخیره و به اشتراک می‌گذارند.
نحوه انتقال و ذخیره اطلاعات
دانشمندان با درک چگونگی و میزان تقویت و تضعیف سیناپس‌ها، به شکل دقیق‌تری تعیین کردند که این اتصالات تا چه مقدار می‌توانند به ذخیره اطلاعات بپردازند. نتیجه این تحقیق ۲۳ آوریل در ژورنال محاسبات عصبی منتشر شد و حکایت از آن دارد که این روش جدید، نه‌تنها درک ما درباره یادگیری را افزایش داده، بلکه می‌تواند درباره پیری و بیماری‌هایی که ارتباطات مغز را تخریب می‌کنند، اطلاعات بیشتری را در اختیار دانشمندان قرار دهد.
در مغز انسان، بیش از ۱۰۰ هزار میلیارد سیناپس بین نورون‌ها (سلول‌های عصبی) وجود دارد، پیام‌رسان‌های شیمیایی در این سیناپس‌ها ایجادشده و بدین ترتیب انتقال اطلاعات در سراسر مغز تسهیل می‌شود. طبق یافته‌ها، انتقال اطلاعات از طریق برخی سیناپس‌های خاص افزایش می‌یابد. درنتیجه تقویت سیناپس‌ها این امکان را برایمان فراهم می‌کند تا اطلاعات جدید را حفظ کنیم. به‌طورکلی، تقویت یا تضعیف سیناپس‌ها در واکنش به اینکه نورون‌های تشکیل‌دهنده آن‌ها چقدر فعال هستند، پدیده‌ای به نام پلاستیسیته سیناپسی (انعطاف‌پذیری سیناپسی) نام دارد.
در این میان، با افزایش سن یا ابتلا به بیماری‌های عصبی مثل آلزایمر، فعال شدن سیناپس‌های کاهش‌یافته و درنتیجه تضعیف می‌شوند و از همین رو عملکرد شناختی و توانایی ما برای ذخیره و بازیابی خاطرات کمتر می‌شود.
اندازه‌گیری قدرت سیناپس‌ها
دانشمندان می‌توانند با مشاهده ویژگی‌های فیزیکی سیناپس‌ها، قدرت آن‌ها را اندازه‌گیری کنند. به‌علاوه، گاهی پیام‌های ارسالی از سمت یک نورون، یک جفت سیناپس را فعال می‌کند و دانشمندان می‌توانند از این جفت‌ها برای مطالعه بر روی دقت انعطاف‌پذیری سیناپسی استفاده کنند. سؤال مطرح‌شده این است که در صورت ارسال یک پیغام یکسان، آیا هر جفت سیناپس، دقیقاً به یک‌شکل تقویت یا تضعیف می‌شود؟
درگذشته دقت اندازه‌گیری انعطاف‌پذیری سیناپسی، به‌اندازه محاسبه میزان اطلاعات قابل ذخیره در هر سیناپس دشوار بود ولی حالا در مطالعات جدید این روند تغییر کرده است.
اعضای این تیم برای اندازه‌گیری قدرت سیناپسی و انعطاف‌پذیری آن، از نظریه اطلاعات استفاده کردند؛ یک روش ریاضی برای درک نحوه انتقال اطلاعات از طریق یک سیستم. این رویکرد به‌علاوه این امکان را برای دانشمندان فراهم می‌کند تا مقدار اطلاعاتی که می‌توان از طریق سیناپس‌ها منتقل کرد را با در نظر گرفتن صدای پس‌زمینه مغز، محاسبه کنند.
ترنس سجنوفسکی، نویسنده ارشد این مطالعه و رئیس آزمایشگاه نوروبیولوژی محاسباتی موسسه مطالعات بیولوژیکی سالک دراین‌باره گفت: «این اطلاعات ارسالی برحسب بیت اندازه‌گیری می‌شوند؛ یک سیناپس با تعداد بیت‌های بیشتر می‌تواند اطلاعات بیشتری نسبت به سیناپسی با بیت‌های کمتر ذخیره کند. یک بیت مربوط به یک سیناپس است که انتقال را با دو قدرت ارسال می‌کند و دو بیت، چهار قدرت را ارسال خواهد کرد و به همین ترتیب.»
اعضای تیم به آنالیز جفت سیناپس‌هایی از هیپوکامپ موش (منطقه‌ای از مغز که نقش مهمی در یادگیری و شکل‌گیری حافظه دارد) پرداختند. این جفت سیناپس‌ها همسایه بودند و در واکنش به یک نوع و مقدار سیگنال‌های مغزی مشخص، فعال می‌شدند. تیم تشخیص داد که با توجه به ورودی یکسان، این جفت‌ها دقیقاً به همان میزان تقویت یا تضعیف شدند و این نشان می‌دهد که مغز هنگام تنظیم قدرت یک سیناپس بسیار دقیق است.
این بررسی نشان داد که سیناپس‌ها در هیپوکامپ می‌توانند بین ۴٫۱ تا ۴٫۶ بیت اطلاعات ذخیره کنند. گرچه محققان در مطالعه قبلی روی مغز موش‌ها به نتیجه مشابهی دست‌یافته بودند، اما آن بررسی، داده‌ها با دقت کمتری بررسی‌شده بود. کوین فاکس، پروفسور علوم اعصاب دانشگاه کاردیف که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: «مطالعه جدید به تأیید فرضیه دانشمندان علوم اعصاب کمک می‌کند: اینکه هریک از سیناپس‌ها، بیش از یک بیت اطلاعات را حمل می‌کنند.»
این یافته‌ها بر اساس بررسی یک منطقه بسیار کوچک از هیپوکامپ مغز موش صحرایی است؛ درنتیجه مشخص نیست که مقیاس آن در مغز یک موش کامل یا مغز انسان، چگونه خواهد بود. تعیین اینکه چگونه این ظرفیت برای ذخیره اطلاعات در مغز و بین گونه‌ها متفاوت است، جالب خواهد بود.
فاکس گفت: «در آینده، از روش این تیم برای مقایسه ظرفیت ذخیره‌سازی مناطق مختلف مغز استفاده خواهد شد و می‌توان از آن برای مطالعه یک ناحیه از مغز در زمان سلامت و در حالت پیری بهره برد.»
