Memori Otak Manusia ini Bisa Menyimpan Seluruh Internet
oleh Tia Ghose, Penulis Senior | 18 Februari 2016 11:45 ET
Submit
Reddit 
 |
 The OTAK Initiative memiliki set ambisius tujuan yang mencakup peningkatan alat untuk merekam dan memanipulasi sirkuit otak pada kesehatan dan penyakit.Kredit: Gambar milik Project MGH-UCLA Manusia connectome
Lihat gambar ukuran penuhLihat gambar ukuran penuh
|
Otak manusia mungkin dapat terus sebanyak informasi dalam memori seperti yang terdapat pada seluruh Internet, penelitian baru menunjukkan.
Para peneliti menemukan bahwa, tidak seperti komputer klasik yang kode informasi sebagai 0 dan 1, sel otak menggunakan 26 cara yang berbeda untuk kode nya "bit." Mereka menghitung bahwa otak bisa menyimpan 1 petabyte (atau byte kuadriliun) informasi.
"Ini adalah bom nyata di bidang neuroscience," Terry Sejnowski, seorang ahli biologi di Institut Salk di La Jolla, California, mengatakan dalam sebuah pernyataan . "Pengukuran baru kami dari kapasitas memori otak meningkatkan perkiraan konservatif dengan faktor 10."
menakjubkan komputer
Apa lagi, otak manusia dapat menyimpan ini jumlah membingungkan informasi sambil menyeruput listrik cukup untuk menjalankan sebuah bola lampu redup. [ Top 10 Misteri Pikiran ]
Sebaliknya, komputer dengan memori yang sama dan kekuatan pemrosesan akan membutuhkan 1 gigawatt kekuasaan, atau "pada dasarnya sebuah stasiun tenaga nuklir secara keseluruhan untuk menjalankan satu komputer yang melakukan apa yang kami komputer tidak dengan 20 watt," kata rekan penulis studi Tom Bartol, seorang ilmuwan syaraf di Salk Institute.
Secara khusus, tim ingin melihat lebih dekat pada hippocampus, suatu wilayah otak yang memainkan peran kunci dalam belajar dan memori jangka pendek.
Untuk mengurai misteri pikiran , tim peneliti mengambil sepotong amat kecil dari hippocampus tikus, ditempatkan dalam cairan pembalseman, kemudian iris tipis dengan pisau berlian yang sangat tajam, proses mirip dengan "mengiris jeruk," kata Bartol. (Meskipun otak tikus tidak identik dengan otak manusia, fitur anatomi dasar dan fungsi sinapsis yang sangat mirip di semua mamalia.) Tim kemudian tertanam jaringan tipis ke dalam plastik, melihat di bawah mikroskop dan menciptakan gambar digital.
Selanjutnya, peneliti menghabiskan satu tahun tracing, dengan pena dan kertas, setiap jenis sel yang mereka lihat. Setelah semua upaya itu, tim telah ditelusuri semua sel dalam sampel, volume bertumbuhnya kecil jaringan. [ Galeri: Otak Einstein ]
"Anda bisa muat 20 sampel tersebut di seluruh lebar rambut manusia tunggal," kata Bartol Live Science.
distribusi ukuran
Selanjutnya, tim menghitung semua neuron lengkap, atau sel-sel otak , dalam jaringan, yang berjumlah 450. Dari jumlah itu, 287 memiliki struktur yang lengkap para peneliti yang tertarik.
Neuron terlihat sedikit seperti bengkak, balon cacat, dengan sulur-sulur panjang disebut akson dan dendrit mengular keluar dari sel tubuh. Akson bertindak sebagai kawat output sel otak, mengirimkan sebuah kebingungan molekul yang disebut neurotransmitter, sedangkan duri kecil di dendrit menerima pesan kimia yang dikirim oleh akson di celah sempit, yang disebut sinaps. (The tempat tertentu pada dendrit di mana pesan kimia ini dikirimkan di seluruh sinaps disebut tulang dendritik.) The menerima sel otak maka dapat api keluar cache sendiri neurotransmiter untuk menyampaikan pesan bahwa untuk neuron lain, meskipun paling sering, itu tidak apa-apa tanggapan.
kerja masa lalu telah menunjukkan bahwa sinapsis terbesar kerdil yang terkecil dengan faktor 60. Bahwa perbedaan ukuran mencerminkan kekuatan koneksi yang mendasari - sedangkan neuron rata relay sinyal masuk sekitar 20 persen dari waktu, persentase yang dapat meningkatkan dari waktu ke waktu. Semakin banyak sirkuit otak mendapat latihan (yaitu, lebih satu jaringan neuron diaktifkan), semakin tinggi kemungkinan adalah bahwa satu neuron di sirkuit yang akan terjadi saat lain mengirimkannya sinyal. Proses penguatan ini jaringan saraf tampaknya untuk memperbesar titik fisik kontak di sinapsis, meningkatkan jumlah neurotransmiter mereka dapat melepaskan, kata Bartol.
Jika neuron pada dasarnya berceloteh satu sama lain di seluruh sinaps, maka sel otak berkomunikasi di lebih besar sinaps memiliki suara lebih keras dari satu berkomunikasi di sinaps yang lebih kecil, kata Bartol.
Tetapi para ilmuwan belum mengerti banyak tentang berapa ukuran neuron ada dan bagaimana mereka berubah dalam menanggapi sinyal.
Kemudian Bartol, Sejnowski dan rekan mereka melihat sesuatu yang lucu di slice hippocampal mereka. Sekitar 10 persen dari waktu, akson tunggal merayap keluar dan terhubung ke dendrit yang sama di dua duri dendritik yang berbeda. Ini akson eksentrik yang mengirimkan persis input yang sama untuk masing-masing tempat di dendrit, namun ukuran sinapsis, di mana akson "berbicara" dendrit, bervariasi dengan rata-rata 8 persen. Itu berarti bahwa varians alami dalam berapa banyak pesan antara dua diubah sinaps yang mendasari adalah 8 persen.
Jadi tim kemudian bertanya: Jika sinapsis dapat berbeda dalam ukuran dengan faktor 60, dan ukuran sinaps bervariasi sekitar 8 persen karena kebetulan, berapa banyak jenis ukuran sinaptik bisa muat dalam rentang ukuran dan terdeteksi sebagai yang berbeda dengan otak?
Dengan menggabungkan data tersebut dengan teori sinyal-deteksi, yang menentukan bagaimana berbeda dua sinyal harus sebelum otak dapat mendeteksi perbedaan antara mereka, para peneliti menemukan bahwa neuron bisa datang dalam 26 rentang ukuran yang berbeda. Ini, pada dasarnya, mengungkapkan berapa banyak volume yang berbeda dari "suara" neuron gunakan untuk obrolan dengan satu sama lain.Sebelumnya, para peneliti berpikir bahwa sel-sel otak datang hanya dalam beberapa ukuran.
Dari sana, mereka bisa menghitung dengan tepat berapa banyak informasi dapat ditularkan antara dua neuron. Komputer menyimpan data sebagai bit, yang dapat memiliki dua nilai potensial - 0 atau 1. Tapi itu pesan biner dari neuron (api atau tidak) dapat menghasilkan 26 ukuran yang berbeda dari neuron. Jadi mereka menggunakan teori informasi dasar untuk menghitung berapa banyak bit data setiap neuron dapat terus.
"Untuk mengkonversi jumlah 26 ke unit bit kita hanya mengatakan 2 pangkat n sama dengan 26 dan memecahkan n. Dalam hal ini n sama dengan 4,7 bit," kata Bartol.
Bahwa kapasitas penyimpanan diterjemahkan menjadi sekitar 10 kali apa yang diyakini sebelumnya, para peneliti melaporkan secara online di jurnal eHidup .
sangat efisien
Temuan baru ini juga menjelaskan bagaimana otak menyimpan informasi sementara sisanya cukup aktif. Fakta bahwa kebanyakan neuron tidak api dalam menanggapi sinyal yang masuk, tetapi tubuh yang sangat tepat dalam menerjemahkan sinyal tersebut ke dalam struktur fisik, menjelaskan sebagian mengapa otak lebih efisien daripada komputer: Sebagian besar atlet angkat berat tidak melakukan apa-apa sebagian besar waktu.
Namun, bahkan jika sel otak rata-rata tidak aktif 80 persen dari waktu, yang masih tidak menjelaskan mengapa komputer membutuhkan 50 juta kali lebih banyak energi untuk melakukan tugas yang sama sebagai otak manusia.
"Bagian lain dari cerita mungkin harus dilakukan dengan cara kerja biokimia dibandingkan dengan bagaimana elektron bekerja di komputer. Komputer menggunakan elektron untuk melakukan perhitungan dan elektron mengalir dalam kawat membuat banyak panas, dan panas yang terbuang energi , "kata Bartol. jalur biokimia mungkin hanya jauh lebih efisien, tambahnya.
Ikuti Tia Ghose di Twitter dan Google+ . Ikuti Live Science livescience ,Facebook & Google+ . Artikel asli pada Live Science .
0 comments:
Post a Comment