сколько информации вмещает мозг человека
Можно ли переполнить мозг, если много учиться?
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.
В мозге помещается 1 петабайт информации
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».
Ученые: мозг человека может вместить в себя весь интернет
МОСКВА, 21 янв – РИА Новости. Человеческий мозг, по расчетам нейрофизиологов из института Салка, может вместить в себя примерно в 10 раз больше информации, чем считалось раньше, – несколько петабайт данных, чего должно хватить, чтобы вместить почти весь текущий контент интернета, говорится в статье, опубликованной в журнале eLife.
Как объясняет Седжновски, сегодня ученые считают, что наши воспоминания содержатся в обособленной части мозга, которую нейрофизиологи называют гиппокампом. Память в нем хранится как в виде электрических импульсов, передаваемых от одного нейрона к другому, так и в виде химических сигналов, которыми нервные клетки обмениваются друг с другом.
Авторы статьи решили выяснить, как происходят эти процессы, создав полноценную компьютерную модель кусочка гиппокампа размером с одну кровеносную клетку. Симуляция работы даже такой небольшой части мозга, как признают Седжновски и его коллеги, оказалась крайне сложной вычислительной задачей из-за огромного числа соединений между нервными клетками.
Наблюдая за работой синапсов – нервных окончаний – в этой модели, нейрофизиологи заметили нечто крайне необычное. Оказалось, что ряд нервных клеток был связан с одними и теми же «соседями» не одним, а несколькими синапсами с примерно одинаковыми размерами и объемом, что означает, что они передают в нее две копии одного и того же сигнала.
С другой стороны, синапсы, связывающие нейрон с другими клетками, обладали иными размерами, что позволило авторам статьи определить «емкость» единичного нейрона, подсчитав типичное число синапсов разных размеров на каждой нервной клетке в гиппокампе.
Как оказалось, нейроны содержат в себе неожиданно много синапсов разных размеров – 26 типов нервных окончаний, каждый из которых отличался по объему от ближайших к нему по размерам синапсов ровно на 8,3%. Подобная цифра означает в переводе на язык вычислительных устройств, что каждый нейрон может хранить в себе примерно 4,7 бита информации (26 = 2^4,7).
Как это все работает? Секрет заключается в том, что синапсы передают информацию не гарантированно, а с некоторым шансом, который ученые оценивают примерно в 60 процентов. Надежность доставки данных обеспечивается многократной передачей сигналов и особой системой «автокалибровки» синапсов – их размеры каждые две минуты меняются в большую или меньшую сторону в зависимости от запросов из других областей мозга и получаемых ими сигналов.
Благодаря столь неожиданно большому значению гиппокамп крыс, и, по всей видимости, человека, способен хранить в себе на порядок больше информации, чем считали ученые ранее, – около 5-20 петабайт данных, что сопоставимо с емкостью всей глобальной сети.
Подобные результаты, как отмечает Седжновски, упрочняют статус мозга как самого эффективного вычислительного устройства – потребляя всего 20 ватт энергии, наша нервная система оперирует массивами данных, недоступными для современных суперкомпьютеров. Это открытие, как надеются авторы статьи, должно вдохновить ученых на попытку воспроизвести эти свойства мозга в сверхэффективных вычислительных приборах.
Какой объем займет информация, необходимая для оцифровки вашего мозга?
Мозг человека часто называют самой сложной структурой из известных и теперь, с появлением новой самой подробной трехмерной модели фрагмента коры головного мозга человека, опубликованной командой Google AI, у нас появилась еще одна возможность чуть глубже проникнуть в устройство этого невероятного шедевра биологической эволюции и заодно немного поспекулировать на тему вопроса из заголовка.
Первого июня подразделение поисковика, занимающееся разработками в области искусственного интеллекта, опубликовало в своем блоге релиз самой подробной на данный момент трехмерной структуры одного кубического миллиметра коры головного мозга человека, содержащего около 50 000 нейронов и 130 миллионов нервных соединений — синапсов.
Показаны различные клеточные структуры выделенные в результате обработки микрофотографий. Источник: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.05.29.446289v1.full
Сначала исследователи из Гарварда нарезали один кубический миллиметр ткани мозга на 5300 слоев толщиной всего 30 нанометров и получили изображение каждого слоя с помощью супер-скоростного сканирующего электронного микроскопа MultiSEM 505/506 с разрешением в 4 нанометра или одной 250-тысячной доли миллиметра, всего получилось 255 миллионов изображений или примерно по 48 тысяч на один слой. Ниже показана сшивка изображения одного слоя, объем данных которого около 300 гигабайт.
Источник: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.05.29.446289v1.full
На видео ниже склейка и сегментация получившихся изображений.
Затем команда Google AI создала из всего этого добра огромную трехмерную модель, объемом 1400 терабайта (1,4 петабайта), для чего потребовалась работа уже искусственных нейросетей, использующих для вычислений тысячи тензорных процессоров Cloud TPU.
Ферма тензорных процессоров Cloud TPU Pod, развивающая вычислительную мощность около 10^17 операций в секунду(1000 петафлопс). Источник: https://cloud.google.com/blog/products/ai-machine-learning/google-breaks-ai-performance-records-in-mlperf-with-worlds-fastest-training-supercomputer
Полученная модель содержит разметку не только разных типов нейронов и вспомогательных структур таких, как микроглия и кровеносные сосуды, но также 130 миллионов аксонов и дендритов каждого нейрона и ко всему прочему находится в открытом доступе (https://h01-dot-neuroglancer-demo.appspot.com/#!gs://h01-release/assets/library_state.json) так, что теперь любой желающий может насладиться путешествием в один кубический миллиметр этого завораживающего микрокосма. Хотя слово космос, на мой взгляд, тут не очень подходит, ведь по сравнению с многообразием и сложностью структур коры головного мозга, космос — это как пустыня по сравнению с джунглями.
Скриншот из онлайн браузера, предоставляющего доступ к модели (https://h01-dot-neuroglancer-demo.appspot.com/#!gs://h01-release/assets/library_state.json)
И в завершение небольшая арифметическая спекуляция на тему оцифровки сознания. Допустим, что для оцифровки сознания будет требоваться создание подобной 3д карты всех клеток мозга человека и связей между ними.
Посчитаем, очень грубо, необходимый объем памяти для его оцифровки. Дано: модель одного кубического миллиметра занимает 1,4 петабайта, средний объем головного мозга человека около 1260 кубических сантиметров, округлим в меньшую сторону до 1000, что равно миллиону кубических миллиметров. Тогда полная модель мозга будет занимать 1 400 000 = 1,4*10^6 петабайт.
Для хранения этой информации потребуется 1,4*10^6*500 = 750 миллионов жёстких дисков объемом 2 терабайта. Один такой жёсткий диск в форм-факторе 3,5 дюйма по физическому объему занимает примерно 380 кубических сантиметров. Получим, что объем массива жёстких дисков, требующийся для записи модели всего мозга будет занимать примерно равен 1,4*500*380 = 266 000 кубических метров пространства.
Для представления сколько это места, вспомните Ever Given — то огромное судно, заблокировавшее Суэцкий канал, оно вмещает около 20 тысяч контейнеров, каждый объемом около 70 кубометров что составляет 1 400 000 кубических метров. И если забить этот контейнеровоз жесткими дисками, без учета упаковок, то этого количества хватило бы на 5 таких наборов данных.
Сколько данных способен вместить наш мозг?
Не секрет, что большинство людей не используют полностью свои мозговые способности. Развенчивать миф о 10 % не будем, но очевидно, что возможности человеческого головного мозга выходят далеко за грани общепринятых норм. Сколько же данных способен он в себя поместить?
Последние открытия ученых из Института биологических исследований Солка говорят нам о том, что объем памяти нашего мозга в 10 раз больше, чем считалось ранее. Если приводить конкретные численные значения, то это около одного петабайта (1000 терабайт). Пару лет назад именно в такой объем субъективно оценивали весь Интернет.
Как ученые пришли к этому выводу
Чтобы вычислить «вместимость» человеческого мозга, они изучали ткань гиппокампа крысы и реконструировали ее в 3D для изучения центра памяти мозга. В процессе было обнаружено, что синапсы мозга могут изменять размеры, что влияет на объем памяти. Кроме того, в 10 % всех случаев синапсы были продублированы.
По результатам данного исследования ученые пришли к выводам, что существует минимум 26 категорий синапсов, а не несколько, как считалось ранее. Таким образом связи между нейронами становятся значительно сложнее — это как раз и выливается в существенное увеличение возможной емкости памяти мозга.
Конечно, большинство информации хранится не в мозге — он выступает лишь приемником-передатчиком и обработчиком потоков, в чем ему как раз и помогают синапсы (связи между нейронами). Последние не берутся из ниоткуда: их нужно создавать, в чем помогают различные тренировки мозга. Наука доказала, что человек, который заставляет свой мозг работать, способен создавать новые синапсы в течение всей жизни.
Как научиться создавать синапсы
Одним из лучших способов тренировки мозга являются простые упражнения, которые одновременно бьют по всем фронтам: памяти, вниманию и мышлению. Нам импонирует подход онлайн-тренажера для мозга «Викиум», который не просто развивает когнитивные способности до определенного уровня, как большинство тех же игр, а именно тренирует мозг, чтобы впоследствии он мог создавать синапсы без посторонней помощи.
Чтобы ощутить результат, достаточно заниматься всего по 15 минут в день — согласитесь, это совсем немного, и можно выделить это время на самосовершенствование. Упражнения представлены в игровой форме — так занятия не наскучивают через несколько дней, а завлекают настолько, что не надо лишний раз ставить себе напоминание — пройти тренировку хочется самому.
Сами занятия начинаются с тестирования ваших навыков — перед этим вас спросят, какие навыки вы хотите развить. Небольшое вводное тестирование поможет подобрать индивидуальную программу мозговых тренировок, не зря создатели «Викиум» опирались на исследования в области нейропсихологии.
Каждая тренировка длится около 15 минут и состоит из разминки и основных упражнений, что позволяет одновременно тренировать не только память, о которой мы говорили в самом начале, но и также мышление и внимание.
Можно учить языки
Да, задействовать полученные навыки можно и на лингвистическом поле. Чтобы это сделать, научный отдел «Викиум» выяснил, что есть прямые взаимосвязи между когнитивными способностями и речемыслительными процессами. На основе данных исследований были разработаны три уникальных тренажера для эффективного изучения иностранных языков (в том числе изучения родного языка).
Новый сервис называется «Викиум.ПОЛИГЛОТ» и включает три новых уникальных тренажера и особую настройку программы развития — «Писатель», «Журналист» и «Мастер слов». Они в свою очередь тренируют восприятие, словарный запас, вербальную логику и многое другое. Данный подход кардинально отличается от всех остальных языковых методик — советуем попробовать.
Дорогу синапсам!
Сервис «Викиум» действительно помогает развить когнитивные способности и эффективно изучить новые языки. Главная фишка сервиса — то, что на упражнения достаточно тратить всего по 15 минут в день, и полезным его найдут для себя люди любого возраста (недаром количество пользователей «Викиум» недавно превысило 2 миллиона человек). Часть тренировок и упражнений доступна бесплатно, для доступа к расширенным возможностям лучше обзавестись премиум-аккаунтом. Если же перед вами стоит цель выучить язык, можно отдельно купить курс «Викиум.ПОЛИГЛОТ». Помогите своим синапсам, и вскоре они ответят вам тем же.