研究证实大脑可以存储的数据比之前想象的多近10倍

科学家们利用一种新方法来精确测量大脑可以存储的信息量，它可以帮助增进我们对学习的理解。

一项新研究证实，大脑能够容纳的信息量可能比之前想象的多近 10 倍。

与计算机类似，大脑的记忆存储以“位”来衡量，并且它可以保存的位数取决于神经元之间的连接（称为突触）。从历史上看，科学家认为突触的大小和强度相当有限，这反过来又限制了大脑的存储容量。然而，这一理论近年来受到了挑战——而这项新研究进一步支持了这样的观点，即大脑的容纳能力是以前认为的大约 10 倍。    

在这项新研究中，研究人员开发了一种高度精确的方法来评估大鼠大脑部分神经元之间的连接强度。这些突触构成了学习和记忆的基础，因为脑细胞在这些点上进行通信，从而存储和共享信息。 

通过更好地了解突触如何增强和减弱以及增强和减弱的程度，科学家们更准确地量化了这些连接可以存储多少信息。该分析于 4 月 23 日发表在神经计算杂志上，展示了这种新方法不仅可以增强我们对学习的理解，而且可以增强我们对衰老和侵蚀大脑连接的疾病的理解。 

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“这些方法涉及神经回路信息处理能力的核心，”未参与这项研究的芝加哥大学神经生理学助理教授 Jai Yu 在接受 Live Science 采访时说道。电子邮件。 “能够估计可以表示多少信息是了解大脑执行复杂计算能力的重要一步。”

在人脑中，神经元之间有超过100万亿个突触。化学信使穿过这些突触，促进信息在大脑中的传递。随着我们的学习，通过特定突触的信息传递会增加。突触的这种“强化”使我们能够保留新信息。一般来说，突触的增强或减弱取决于其组成神经元的活跃程度，这种现象称为“突触可塑性”。 

然而，随着年龄的增长或患上神经系统疾病，例如阿尔茨海默病，我们的突触会变得不那么活跃，从而减弱，降低认知能力以及我们存储和检索记忆的能力。 

科学家可以通过观察突触的物理特征来测量突触的强度。此外，一个神经元发送的信息有时会激活一对突触，科学家可以利用这对突触来研究突触可塑性的精度。换句话说，给定相同的信息，这对突触中的每个突触是否以完全相同的方式增强或减弱？ 

过去，测量突触可塑性的精度已被证明是困难的，测量任何给定突触可以存储多少信息也是如此。新的研究改变了这一点。 

为了测量突触强度和可塑性，该团队利用了信息论，这是一种理解信息如何通过系统传输的数学方法。这种方法还使科学家能够量化通过突触传输的信息量，同时也考虑到大脑的“背景噪声”。 

这种传输的信息以比特为单位进行测量，因此具有较高比特数的突触可以比具有较少比特数的突触存储更多信息，共同高级研究作者兼计算神经生物学实验室负责人Terrence Sejnowski索尔克生物研究所的教授在一封电子邮件中告诉《生活科学》。一位对应于突触以两种强度发送传输，而两位对应于四种强度，依此类推。

研究小组分析了大鼠海马体的成对突触，海马体是大脑中在学习和记忆形成中发挥重要作用的区域。这些突触对是邻居，它们响应相同类型和数量的大脑信号而激活。研究小组确定，在给予相同的输入的情况下，这些对的增强或减弱程度完全相同，这表明大脑在调整给定突触强度时是高度精确的。

分析表明海马体中的突触可以存储 4.1 到 4.6 位信息。研究人员在早期对大鼠大脑的研究中得出了类似的结论，但当时他们使用了不太精确的方法来处理数据。未参与这项研究的英国卡迪夫大学神经科学教授凯文·福克斯 (Kevin Fox) 表示，这项新研究有助于证实许多神经科学家现在的假设，即每个突触携带的比特数远不止一个。电子邮件中的生活科学。    

这些发现是基于大鼠海马体的一个非常小的区域，因此尚不清楚它们如何扩展到整个大鼠或人类大脑。于说，确定这种信息存储能力在整个大脑和物种之间如何变化将会很有趣。 

福克斯说，未来该团队的方法还可以用于比较大脑不同区域的存储容量。它还可以用来研究健康和患病状态下大脑的单个区域。