Тщательный анализ нейронных связей выявил новый механизм, лежащий в основе хранения информации. Оказалось, что человеческий мозг может хранить как минимум 1000 Тб данных, что намного больше, чем считалось ранее. Результаты исследования были опубликованы в журнале eLife.

Нервные клетки (нейроны) имеют два типа отростков: аксоны и дендриты. С помощью этих отростков нейроны взаимодействуют друг с другом, обмениваясь информацией. По аксону нейрон передает нервный импульс. Аксон одного нейрона взаимодействует с дендритом другого. По дендриту импульс доходит до самого нейрона и дальше распространяется по его аксону. Место соединения аксона и дендрита называется синапс. Считается, что синапсы играют ключевую роль в формировании памяти.

Ранее уже было известно, что размер синапса влияет на эффективность передачи информации. Чем больше синапс, тем выше вероятность передачи данных. Нервный импульс, поступивший от аксона, вызывает активацию дендрита с вероятностью до 20%.

Чтобы лучше разобраться в том, как устроены нервные связи, нейрофизиологи из нескольких американских университетов провели работу по компьютерной реконструкции небольшой области гиппокампа — части мозга, отвечающей за формирование памяти. В результате они получили трехмерную модель высокого разрешения, на которой была хорошо заметна сеть, образованная отростками нейронов. И самое главное — отчетливо видны размеры синапсов.

Авторы исследования обнаружили, что размеры синапсов неслучайны, и выявили 26 возможных размеров. Молекулярный механизм, регулирующий точный размер синапса, пока неизвестен. Зато установлено, что серия нервных импульсов, поступивших на синапс, вызывает его увеличение на один размер. В свою очередь это увеличивает и вероятность передачи нервного импульса от одного нейрона другому.

С точки зрения информатики, такое разнообразие размеров синапсов позволяет закодировать в одной межнейронной связи 4,7 бита информации (24.7 ≈ 26). Таким образом, объем всего “хранилища” (памяти) превышает 1000 Тб. Ранее считалось, что существует всего три фиксированных размера синапсов, а в одной межнейронной связи может храниться около 1,6 бита (21,6 ≈ 3).

Авторы говорят, что такой способ хранения информации очень энергоэкономичен. Это объясняет, почему работающий человеческий мозг потребляет всего около 20 Вт энергии (это меньше, чем энергопотребление обычного ноутбука).