brainstuff
© koto feja/Getty ImagesKoličina informacija koju mozak može pohraniti veća je nego što se mislilo, pokazalo je novo istraživanje
Znanstvenici su razvili novu metodu za precizno mjerenje količine informacija koje mozak može pohraniti, što bi moglo unaprijediti naše razumijevanje učenja.

Novi istraživački rad potvrđuje da mozak može pohraniti gotovo 10 puta više informacija nego što se ranije mislilo. Kako prenosi Live Science, slično računalima, memorija mozga mjeri se u "bitovima," a broj bitova koje može pohraniti ovisi o vezama između neurona, poznatim kao sinapse. Povijesno gledano, znanstvenici su vjerovali da sinapse dolaze u prilično ograničenom broju veličina i snaga, što je ograničavalo kapacitet memorije mozga. Međutim, ova teorija je dovedena u pitanje posljednjih godina - a nova studija dodatno podržava ideju da mozak može pohraniti oko 10 puta više informacija nego što se prije mislilo.

U novoj studiji, istraživači su razvili visoko preciznu metodu za procjenu snage veza između neurona u dijelu mozga štakora. Te sinapse čine osnovu učenja i pamćenja, jer moždane stanice komuniciraju na tim točkama i na taj način pohranjuju i dijele informacije. Bolje razumijevanje načina na koji se sinapse jačaju i slabe, te koliko, omogućilo je znanstvenicima preciznije kvantificiranje količine informacija koje te veze mogu pohraniti. Analiza, objavljena 23. travnja u časopisu Neural Computation, pokazuje kako ova nova metoda može povećati naše razumijevanje učenja, kao i starenja i bolesti koje uništavaju veze u mozgu.

"Ovi pristupi dotiču srž kapaciteta za obradu informacija u neuronskim krugovima," izjavio je Jai Yu, izvanredni profesor neurofiziologije na Sveučilištu u Chicagu, koji nije bio uključen u istraživanje. "Mogućnost procjene koliko informacija može biti predstavljeno važan je korak prema razumijevanju kapaciteta mozga za obavljanje složenih računanja."

100 bilijuna sinapsi između neurona

U ljudskom mozgu postoji više od 100 bilijuna sinapsi između neurona. Kemijski glasnici se prenose preko tih sinapsi, omogućujući prijenos informacija kroz mozak. Kako učimo, prijenos informacija kroz specifične sinapse se povećava. Ovo "jačanje" sinapsi omogućuje nam zadržavanje novih informacija. Općenito, sinapse jačaju ili slabe kao odgovor na aktivnost svojih neurona - fenomen poznat kao sinaptička plastičnost.
synapse
© Westend61/Getty ImagesSinapse olakšavaju komunikaciju informacija između neurona
Međutim, kako ljudi stare ili razvijaju neurološke bolesti, poput Alzheimerove bolesti, ljudske sinapse postaju manje aktivne i slabe, smanjujući kognitivne performanse i sposobnost pohranjivanja i prisjećanja sjećanja. Znanstvenici mogu mjeriti snagu sinapsi promatrajući njihove fizičke karakteristike. Dodatno, poruke koje šalje jedan neuron ponekad aktiviraju par sinapsi, a znanstvenici mogu koristiti te parove za proučavanje preciznosti sinaptičke plastičnosti. Drugim riječima, dajući istu poruku, jačaju li ili slabe svaka sinapsa u paru na isti način?

Mjerenje preciznosti sinaptičke plastičnosti pokazalo se teškim u prošlosti, kao i mjerenje koliko informacija bilo koja sinapsa može pohraniti. Nova studija to mijenja. Kako bi mjerili snagu sinapsi i plastičnost, tim je koristio teoriju informacija, matematički način razumijevanja kako se informacije prenose kroz sustav. Ovaj pristup također omogućuje znanstvenicima kvantificiranje koliko se informacija može prenijeti preko sinapsi, uzimajući u obzir "pozadinsku buku" mozga.

Nova metoda mjerenja snage i plastičnosti sinapsi predstavlja značajan napredak u našem razumijevanju kapaciteta mozga za pohranu informacija. Ova otkrića ne samo da otvaraju nove horizonte u proučavanju učenja i pamćenja, već i u istraživanju starenja i neuroloških bolesti. Znanstvenici su sada korak bliže razumijevanju kako mozak obrađuje ogromne količine informacija, što bi moglo dovesti do novih terapijskih strategija za poboljšanje kognitivnih funkcija i liječenje neurodegenerativnih bolesti.

Hipokampus

Terrence Sejnowski, suautor studije i voditelj Laboratorija za računalnu neurobiologiju na Institutu Salk za biološke studije, objasnio je u e-mailu za Live Science da se prenesene informacije mjere u bitovima, tako da sinapsa s većim brojem bitova može pohraniti više informacija od one s manjim brojem bitova. Jedan bit odgovara sinapsi koja prenosi informacije s dvije snage, dok dva bita omogućuju četiri snage, i tako dalje.

Tim je analizirao parove sinapsi iz hipokampusa štakora, regije mozga koja igra ključnu ulogu u učenju i formiranju sjećanja. Ovi parovi sinapsi bili su susjedi i aktivirali su se kao odgovor na isti tip i količinu moždanih signala. Tim je utvrdio da su, uz isti unos, ti parovi jačali ili slabili točno istim intenzitetom, što sugerira da je mozak izuzetno precizan u podešavanju snage određene sinapse.

Analiza je sugerirala da sinapse u hipokampusu mogu pohraniti između 4,1 i 4,6 bita informacija. Istraživači su do sličnog zaključka došli u ranijoj studiji mozga štakora, ali su tada koristili manje preciznu metodu.

Nova studija pomaže potvrditi ono što mnogi neuroznanstvenici sada pretpostavljaju - da sinapse nose mnogo više od jednog bita svaka, izjavio je Kevin Fox, profesor neuroznanosti na Sveučilištu Cardiff u Ujedinjenom Kraljevstvu, koji nije bio uključen u istraživanje, u e-mailu za Live Science.

Nalazi se temelje na vrlo malom području hipokampusa štakora, pa nije jasno kako bi se skalirali na cijeli mozak štakora ili čovjeka.