скорость обработки информации мозгом человека
Золотой нейрон: 10 причин восхищаться своим мозгом
Наталия Киеня
Человеческий мозг — самый продуктивный в живой природе. Он составляет до 2,5% массы тела и способен развиваться на протяжении всей жизни. Если взглянуть на мозг с точки зрения науки, станет понятно, что каждый человек — настоящий супермен. Нейроны быстрее «Сапсана», невозможность щекотать себя и жонглирование вместо ноотропов — T&P собрали 10 фактов о мозге человека, которые способны перевернуть наше представление о себе.
Ваш мозг состоит из порядка 100 миллиардов нейронов. Если бы каждый из них был звездой, в черепную коробку поместилась бы треть галактики Млечный путь. В головном мозге различают пять отделов: продолговатый мозг, задний мозг, в который входят мозжечок и мост, средний мозг, промежуточный мозг и передний мозг, представленный большими полушариями. Каждый из них выполняет десятки и даже сотни различных функций.
Когда мозг не спит, он производит энергию мощностью от 10 до 23 ватт. Этого достаточно, чтобы питать электрическую лампочку. Вот почему этот предмет полностью оправдывает свой статус традиционного символа озарений и новых идей.
Новые физические связи между нейронами возникают каждый раз, когда вы что-нибудь запоминаете. Делать это можно не только в состоянии бодрствования, но и в фазе быстрого сна. Ученые выяснили, что в ней человек способен осваивать новую информацию и выполнять незнакомые задачи (например, заучивать музыкальные произведения). Во время фазы быстрого сна крупные мышцы тела расслабляются, активность мозга возрастает, а глазные яблоки начинают активно двигаться под веками. Каждую ночь вы переживаете от 9 до 12 «быстрых» фаз. Суммарно они составляют от 20 до 25% ночного сна. Это значит, что из 80 лет жизни в этом состоянии человек проводит от 5 до 6,5 лет.
Ваш мозг перестает активно расти и становится «взрослым» в 18 лет. Однако развиваться он не прекращает. Особенно хорошо тренировке поддаются навыки социализации и общения с другими людьми, за которые отвечает предлобная кора. Она может расти до 40 лет и дольше. Способности к росту в течение жизни сохраняются и у других участков: например, у гиппокампа, отвечающего за память. Проведенные в Великобритании исследования доказали, что у лондонских таксистов, которые хорошо знают город, эта область мозга в среднем больше, чем у людей других профессий. Особенно массивной она была у водителей, которые проработали в городе наибольшее количество лет.
Миф о том, что вы используете только 10% способностей своего мозга, не верен. Каждая часть мозга имеет известную функцию. Например, благодаря работе двух миниатюрных областей, называемых миндальными телами и расположенных внутри височных долей мозга, вы можете без слов распознавать чувства на лицах других людей и их настроение. А вот желание посмеяться над шуткой требует задействовать сразу пять разных областей головного мозга.
Ежедневные занятия жонглированием изменили бы ваш мозг всего за семь дней : в теменных долях у вас появилось бы больше белого вещества, отвечающего за координацию движений. Это доказывает, что мозг может развиваться и адаптироваться очень быстро.
О лживых постах в ВК или сколько операций в секунду выполняет мозг человека
На написание этой статьи меня побудил пост одного из популярных пабликов ВКонтакте, в котором дословно было следующее: «Человеческий мозг в состоянии выполнять 1016 операций в секунду. Это значит, что его мощность до сих пор выше, чем мощность любого существующего на сегодняшний день компьютера.». Я разобрался кто круче, мозг, или компьютер.
Для начала разберемся, что это за операции в секунду, какова мощность вашего настольного компьютера, и какова мощность самого супермегапапского компа на планете.
Для измерения вычислительной мощности компьютеров используется единица измерения, называемая флопс (flops, flop/s). Флопс показывает, сколько операций с плавающей запятой выполняет компьютер за одну секунду. Кроме того, для измерения вычислительной мощности используется такое понятие, как тактовая частота. Тактовая частота процессора показывает, какое количество основных операций выполняет процессор в секунду, и измеряется в герцах. Основная операция, выполняемая процессором, может включать в себя множество операций с плавающей запятой, поэтому результаты измерения в флопсах и герцах различаются. Если вы найдете у себя на рабочем столе иконку «Мой компьютер», кликните по ней правой копкой мыши, в выпадающем меню откроете свойства, то истина для вас откроется. Найдите в открывшемся окне заголовок «Ситема», и там, напротив слова «процессор» будет указана тактовая частота вашего процессора. Скорее всего она будет иметь такой вид: «2.10 GHz». Число может незначительно отличаться. Так вот, 1 GHz — это 1000000000 герц, или один миллиард операций в секунду. Из этого следует, что при тактовой частоте 2.10 гигагерца проц выполняет 2100000000 операций в секунду. Это конечно побольше, чем 1016. При измерении в флопсах число возрастет в несколько раз.
Идем дальше. Суперкомпьютер Titan компании Cray inc. имеет приблизительную вычислительную мощность 20 петафлопс. 1 петафлопс равен 10^15 флопс. Можете сами подсчитать, какое получится число и сколько у него нулей. Как сказал один поэт: «Это ж долбануться. »
Теперь о головном мозге. Тут все не так просто, как с компьютерами. На современном этапе развития нейробиологии довольно трудно подсчитать вычислительную мощность мозга, и сравнить его с компьютером. Однако и так понятно, что мы не можем выполнять те же операции, что выполняет наш ноутбук с такой же скоростью и в таких же объемах. Очевидно, что комп мощнее, да? А вот и нет.
Давайте разберемся подробнее, как он работает.
Мозг — это биологическая нейронная сеть. Нейронная сеть состоит из нейронов, (в случае с мозгом — это клетки мозга), каждый из которых связан с другими нейронами. Место связи нейронов называется синапсом. Через синапс от одного нейрона передается химический или электрический импульс другому нейрону. Количество нейронов в головном мозге человека примерно равно 100000000000 (ста миллиардам). Данные в из разных источников немного различаются, но в целом картина схожа. Каждый из этих нейронов имеет от 7000 до 10000 синапсов. В среднем, через один синапс проходит 10 импульсов в секунду, т.е. мы имеем тактовую частоту 10 герц на одну синоптическую связь. А теперь занимательная математика: 100000000000 нейронов мы умножаем на 10000 их синоптических связей и умножаем все это на 10 герц. Мы получаем число с шестнадцатью нолями после единицы, а иначе 10^16. Так вот откуда взялось загадочное число 1016. Видимо оно просто трансформировалось в ходе бесконечного перепоста из паблика в паблик. И оказывается, что наш мозг имеет бОльшую вычислительную мощность, чем суперкомпьютер Titan. В конечном итоге автор поста о 1016 операциях в секунду был прав.
Мозг обрабатывает изображения за 13 миллисекунд
Нейробиологи из Массачусетского технологического института установили минимальное время, в течение которого человеку нужно показывать изображение, чтобы мозг сумел его обработать. Показатель равен 13 миллисекундам. Это значительно меньше, чем предполагалось. Раньше учёные оценивали время обработки информации примерно в 100 миллисекунд.
Во время эксперимента испытуемым предлагалось сигнализировать, если они увидят определённый тип картинки, такой как «пикник» или «улыбающаяся пара», при этом им демонстрировали серию из 6 или 12 изображений с промежутком 13-80 миллисекунд. На иллюстрации выше показан образец такой последовательности кадров.
Учёные считают, что столь высокая скорость обработки информации мозгом помогает управлять глазами и выбирать объекты для рассмотрения. Глаз способен передвигаться со скоростью 3 раза в секунду, и за это время мозг должен распознать всю информацию в поле зрения, осознать увиденное и принять решение, куда посмотреть дальше.
Начиная эксперимент, учёные предполагали, что могут установить предел распознавания мозга вдвое меньше, чем считавшиеся ранее стандартными 100 миллисекунд. К их удивлению, участники эксперимента демонстрировали явное отличие от случайного угадывания при каждом увеличении скорости показа изображений: 80 мс, 53 мс, 40 мс, 27 мс и 13 мс. Показатель 13 мс был минимально возможным временем обновления картинки на компьютерном мониторе, поэтому с дальнейшим сокращением лимита экспериментировать не получилось. Но вполне возможно, что быстродействие мозга ещё выше, чем установлено в рамках данного исследования.
Правда, учёные предполагают, что обработка изображений на самом деле может продолжаться в «фоновом режиме» и после экспонирования картинки, то есть дольше, чем 13 миллисекунд. В рамках данного эксперимента установить этот факт не удалось, потому что испытуемых опрашивали через некоторое время после показа последовательности изображений. Но очевидно, что картинки не «стираются» из памяти через 13 миллисекунд, иначе бы люди не смогли правильно ответить на вопрос. То есть фотографии остаются в каком-то отделе памяти после обработки. Известно также, что решение о конкретном направлении перемещения глаз принимается за 100-140 миллисекунд.
Теоретически, данное исследование позволяет сделать вывод, что человек способен распознавать видеоряд с частотой 77 кадров в секунду или больше, что ранее считалось невозможным. Теперь придётся и обновить информацию на соответствующей странице в Википедии, которая заявляет о способности мозга обрабатывать всего 10-12 раздельных изображений в секунду.
Научная работа опубликована в журнале ”Attention, Perception, & Psychophysics” (бесплатный доступ).
О чем ты думаешь: удивительные способности мозга, открытые недавно
Ученые из Центра терапии мозговых цепей Университета Бригама Янга в США выяснили, что в мозге есть отдел, отвечающий за любовь, духовность, религиозность и альтруизм. Он располагается в периакведуктальном сером (PAG).
В ходе исследования специалисты изучили результаты тестов 80 пациентов с опухолью мозга, которые прошли их до и после операции. Так ученые поняли, что все дело в наиболее консервативной части ствола мозга – в PAG.
Мозг – это самая загадочная часть человеческого организма. Исследователи не могут до сих пор раскрыть все его секреты.
Признаки «скрытого сознания» в коме
Ученые из Колумбийского университета выяснили, что, когда человек находится в коме, например, после какой-то травмы, его мозг способен понимать команды, хоть и не может их выполнить.
Женский и мужской мозг работают по-разному
Мозг мужчины также крупнее женского на 10-12%, там больше и связей между полушариями, однако это никак не влияет на уровень интеллекта. Женщины имеют больше связей внутри полушарий.
Исследователям из Медицинской школы Йельского университета удалось опровергнуть идею о том, что после смерти в мозге происходят необратимые изменения. В ходе радикального эксперимента им удалось восстановить активность клеток и кровоток в мозге свиней через десять часов после их убийства. Подобные опыты проводили в СССР.
Таким образом ученые доказали, что клетки умирают не так быстро, как считалось ранее, и даже возможность оживить мертвые клетки. Конечно, ученые не наблюдали у подопытных животных активности, необходимой для полноценного функционирования мозга и проявления сознания. Мозг был клеточно активным, но сказать, что он был в полной мере живым, нельзя.
Самоочищение мозга от токсинов во время сна
Исследователи из Бостонского университета использовали аппарат МРТ для наблюдения за тем, что происходит в мозге человека во время сна, и впервые обнаружили, что спящий мозг ритмично омывается не только насыщенной кислородом кровью, но и спинномозговой жидкостью, которая очищает его от токсичных белков во время отдыха. Волнообразная активность потока спинномозговой жидкости настолько постоянна и предсказуема, что, например, легко определить, спит человек или бодрствует.
1,5 мегабайта на освоение родного языка
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что для овладения родным языком (в данном случае английским) человеческому мозгу требуется «хранилище» для информации, сравнимое по размеру всего с 1,5 мегабайтами компьютерной памяти.
Мозг не дает людям думать о смерти
Каждый хоть раз, наверное, думал про то, что он смертный. В какой-то момент придёт миг, когда его сердце закончит биться, а далее — нескончаемый сон. Но работники израильского Института имени Бар-Илана узнали, что мозг помогает людям не думать об этом.
Мозг, по мнению профессионалов, сравним с машиной времени. Он обращается к предшествующему опыту для пророчества поступков в реальности. Если человеку поочередно продемонстрировать изображение двух апельсинов с неким интервалом, то перед третьей картинкой мозг начнёт предсказывать возникновение ещё одного апельсина.
В ходе эксперимента 12 добровольцев согласились поглядеть сюжеты, где чередовались лица людей с изображениями, связанными с гибелью. С помощью ЭЭГ ученые наблюдали за активностью серого вещества. Всё было прогнозируемо до того времени, пока в числе лиц не начали всплывать лица самих испытуемых. В эти моменты мозг сбился. Он отказывался рассматривать, предсказывать и сравнивать.
Почему? Учёные затрудняются ответить. Однако подразумевают, что это часть инстинкта продолжения рода. Мол, если б наши праотцы очень много думали о гибели, они бы не шли на риск для размножения.
Скорость работы мозга просто астрономическая
Специалисты Массачусетского технологического института выяснили, что наш мозг работает в 8 раз быстрее, нежели считалось ранее. Например, для фиксации зрительного образа ему понадобится всего 13 миллисекунд, а не 100, как считали исследователи до этого.
Приходящая с возрастом мудрость теперь имеет научное обоснование
Скорость обработки информации нашим мозгом с возрастом снижается, но при этом некоторые другие когнитивные навыки становятся более совершенными.
Новое исследование Гарвардского университета меняет наши давние представления о том, как меняется работа нашего мозга с течением времени. Мы привыкли считать, что с возрастом мозг теряет значительную долю нейропластичности — способности образовывать новые связи между нейронами; но при этом некоторые когнитивные способности у пожилых людей оказываются более развитыми, чем у молодёжи. Какие именно — расскажем ниже.
Исследование проводилось на основе результатов десятков тысяч (если быть точнее, более 48 000) добровольцев разного возраста и профессий, принявших участие в серии онлайн-тестов. Онлайн-тесты были доступны на веб-ресурсах Test My Brain и Games With Words, где каждый желающий мог пройти тестирование в игровой форме, замеряющее уровень основных когнитивных навыков — скорость обработки информации, запоминание, эмоциональное восприятие, а также так называемый «уровень кристализованного интеллекта». Этим термином в двухфакторной теории интеллекта принято обозначать знания и навыки, накопленные в результате образования и культурных влияний, — например, словарный запас и способность выполнять арифметические действия.
Скриншот одного из заданий онлайн-теста Test My Brain
Резкое снижение уровня нейропластичности вполне возможно замедлить с помощью постоянного самообразования, достойных социальных и трудовых условий и здорового образа жизни. Собственно, именно благодаря всё более доступному образованию и распространению офисной работы сегодняшние пожилые люди сохраняют способность своего мозга к усвоению новой информации.
Лаура Гермин, соавтор исследования, научный сотрудник кафедры психологии Гарварда, а также сотрудник с научной степенью Массачусетской больницы, говорит о результатах:
Мы наблюдаем, что по мере взросления кое-что в нашем мозге «стареет» хотя бы потому, что замедляется скорость обработки информации. Но есть и другие вещи, которые не описать словом «старение». Они скорее становятся полноценнее, их качество повышается. Слово «старение» для нас связано с износом; здесь больше подойдёт слово «дозревание».
Лаура Гермин проводила исследование вместе с Джошуа Хартшорном, постдокторантом Массачусетского технологического института. Это своеобразный творческий научный дуэт, созданный ещё во время их обучения в институте — обоих волновали проблемы восприятия, запоминания распознавания образов в зависимости от возраста. Постепенно Гермин и Хартшорн пришли к такому масштабному онлайн-исследованию. В марте его результаты были опубликованы в журнале «Psychological Science», а официальный журнал Harvard Gazette вкратце их изложил.
Как выяснилось, картина изменений когнитивных навыков по мере взросления человека оказалась куда более неоднородной, чем было принято считать. Традиционно предполагается, что пиковый период большей части когнитивных навыков приходится на старший подростковый и юношеский возраст, а затем постепенно идёт спад — за исключением приблизительно 40 лет, когда наблюдается относительно небольшой подъём когнитивной активности.
Проводившие исследование психологи, Гермин и Хартшорн, считают, что это типичное заблуждение о тотальном снижении уровня когнитивных навыков с возрастом связано прежде всего с тем, что прежде проводившиеся исследования мало затрагивали именно аудиторию взрослых людей, посвящающих своё время семье и работе. Именно семья и работа как раз, как правило, и мешала им участвовать в экспериментах, требующих личного участия в лабораториях университетов. Именно поэтому почти все исследования такого рода проводились на основе изучения результатов студентов и пенсионеров — таким образом, у психологов на руках была масса информации о том, что происходит с познавательными способностями в молодости и в старости, но почти совершенно никакой о том, что происходит в значимый промежуток между этими возрастными периодами.
Именно онлайн-формат проведения последнего исследования позволил вовлечь значительную часть взрослого дееспособного населения, поскольку не требовал личного присутствия, занимал всего несколько минут и вызывал желание поделиться своими результатами в социальных сетях, тем самым привлекая ещё больше участников.
Как и ожидалось, пиковой скорости обработки информации мозг достигает в возрасте около 20 лет, а затем идёт на спад. Но в возрасте около 30 лет при этом происходит подъём способностей к запоминанию; а в возрасте 40-50 лет — способность к эмоциональному восприятию (условно говоря, способность к определению чувств окружающих).
Один из самых удивительных результатов — анализ того самого «кристаллизованного интеллекта». Как оказалось, у этого показателя нет пикового периода вовсе. Он продолжает развиваться в течение всей жизни, по крайней мере, лет до 65-70 точно — таков самый большой возраст респондентов, участвующих в онлайн-тестировании.
Это открытие оказалось настолько удивительным и идущим вразрез с привычными представлениями, что исследователи решили сравнить свои результаты с результатами крупномасштабного регулярного Общего социологического опроса (General Social Survey). Так вот, результаты опросов с 1974 по 1987 г. показывают, что максимальный словарный запас имели респонденты в возрасте около 40 лет; с 1988 по 1997 г. — в возрасте 50 лет; с 1998 по 2012 г. — в возрасте 65 лет. Данные подтвердились.
Источник: m hildingh на Flickr
Более того, они говорят о том, что изменения в общественной жизни, полноценное питание, акцент на получении образования и на интеллектуальном труде в итоге оказываются решающими для поддержки полноценных способностей нашего мозга на протяжении нашей жизни. Поколение бэби-бума (рождённые в 40-50х гг. прошлого века), пожалуй, сейчас представляет собой одно из самых образованных поколений стариков, когда-либо живущих на этой планете. Конечно, это касается стран с благоприятными экономическими условиями.
Выводы этого исследования кажутся очевидными, но насколько часто вы лично встречали активных пользующихся интернетом, читающих еженедельно новые книги и веб-издания пожилых людей? Бьёмся об заклад, не так часто. А вот те, кто всё-таки не даёт своему мышлению отдыхать, как раз и формируют эту впечатляющую статистику некоторых видов познавательных способностей, которые с возрастом только развиваются.