دانشمندان فاش کردند: قابلیت شگفت‌انگیز سلول‌های مغز برای ذخیره‌سازی 4.1 تا 4.6 بیت اطلاعات!
راهنماتو- مغز احتمالا می‌تواند 10برابر بیش‌تر از چیزی که قبلا تصور می‌شد، اطلاعات ذخیره کند.
به گزارش راهنماتو، درست مثل کامپیوترها، ذخیره حافظه مغز هم با واحد «بیت» اندازه‌گیری می‌شود و و تعداد بیت‌هایی که می‌تواند در خود نگه دارد به پیوندهای بین سلول‌های عصبی، که به نام سیناپس می‌شناسیم، بستگی دارد.
در گذشته، دانشمندان تصور می‌کردند که سیناپس‌ها در اندازه‌ها و قدرت‌های محدودی وجود دارند و این امر متعاقبا باعث می‌شود ظرفیت ذخیره‌سازی مغز محدود باشد. اما این نظریه در سال‌های اخیر به چالش کشیده شده است و اکنون یک مطالعه تازه پا را فراتر نهاده و می‌گوید که مغز 10برابر بیش‌تر از آنچه قبلا تصور می‌کردیم می‌تواند در خودش اطلاعات ذخیره کند.
در مطالعه جدید، دانشمندان روشی به غایت دقیق را برای اندازه‌گیری قدرت پیوند بین سلول‌های عصبی در بخشی از مغز موش توسعه دادند. این سیناپس‌ها پایه یادگیری و حافظه را شکل می‌دهند زیرا سلول‌های مغز در این نقاط با هم ارتباط برقرار می‌کنند و بنابراین اطلاعات را ذخیره می‌کنند و به اشتراک می‌گذارند.
دانشمندان از طریق به دست آوردن درک بهتری درباره چگونگی قوی و ضعیف شدن سیناپس‌ها و تعیین درجه آن‌ها، توانستند با دقت بیش‌تری میزان اطلاعاتی که مغز می‌تواند در خود ذخیره کند را کمی‌سازی کنند.
نتیجه این تحلیل‌ها که سوم آوریل در نشریه Neural Computation منتشر شده است، نشان می‌دهد که این روش جدید نه تنها می‌تواند درک ما از یادگیری بلکه از بیماری‌ها و عامل سن که باعث فرسودگی این پیوندها در مغز می‌شود را نیز افزایش دهد.
جای یو، استادیار در رشته نوروفیزیولوژی در دانشگاه شیکاگو، که در این تحقیق مشارکت نداشته، می‌گوید: «این رویکردها در کانون ظرفیت پردازش اطلاعات مدارهای عصبی قرار می‌گیرند. توانایی تخمین میزان اطلاعاتی که به صورت بالقوه می‌تواند ارائه شود، گامی مهم به سمت درک ظرفیت مغز در اجرای محاسبات پیچیده است.»
در مغز انسان بیش‌از 100میلیون سیناپس بین سلول‌های عصبی وجود دارد. پیغام‌رسان‌های شیمیایی در سراسر این سیناپس‌ها راه‌اندازی می‌شوند و انتقال اطلاعات در سراسر مغز را تسهیل می‌کنند. وقتی چیزی یاد می‌گیریم، انتقال اطلاعات از طریق سیناپس‌های خاص افزایش پیدا می‌کند. «تقویت» این سیناپس‌ها ما را قادر می‌سازد تا اطلاعات جدید را در خاطرمان حفظ کنیم. به طور کلی، قوت و ضعف سیناپس‌ها در واکنش به میزان فعال‌بودن سلول‌های عصبی تشکیل‌دهنده تغییر می‌کند ـ پدیده‌ای که از آن با عنوان «پلاستیسیته سیناپسی» یاد می‌شود.
اما با افزایش سن یا دچار شدن به بیماری‌های عصبی، مانند آلزایمر، از فعالیت سیناپس‌های ما کاسته می‌شود و بنابراین آن‌ها ضعیف می‌شوند و متعاقبا عملکرد شناختی ما کاهش پیدا می‌کند و توانایی‌مان در ذخیره‌سازی و نگه‌داری خاطرات کم می‌شود.
دانشمندان می‌توانند قوت سیناپس‌ها را با نگاه کردن به ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها تعیین کنند. علاوه بر آن، پیام‌هایی که از طریق یک سلول عصبی ارسال می‌شوند گاه می‌توانند یک جفت سیناپس را فعال کنند و دانشمندان می‌توانند با استفاده از این جفت‌ها پلاستیسیته دقیق سیناپسی را مطالعه کنند. به بیان دیگر، با توجه به پیام یکسان، آیا هر سیناپس در یک جفت مورد نظر به طور یکسان تقویت یا ضعیف می‌شود؟
همان‌قدر که اندازه‌گیری میزان اطلاعاتی که هر سیناپس می‌تواند در خود ذخیره کند، دشوار بود، اندازه‌گیری دقیق پلاستیسیته سیناپسی نیز در گذشته دشوار بود. اما مطالعات جدید این دشواری را حل کرده است.
دانشمندان برای اندازه‌گیری قدرت و پلاستیسیته سیناپسی از نظریه اطلاعات استفاده کردند که یک روش ریاضی برای درک چگونگی انتقال اطلاعات در یک سیستم است. این رویکرد همچنین دانشمندان را قادر می‌سازد تا میزان اطلاعاتی که می‌تواند از طریق سیناپس‌ها منتقل شود را کمی‌سازی کنند و در عین حال «پارازیت پس‌زمینه» مغز را نیز مد نظر داشته باشند.
ترنس سجنوسکی، یکی از نویسندگان ارشد این مقاله، می‌گوید: «این اطلاعات انتقال‌یافته از طریق بیت اندازه‌گیری می‌شوند، به نحوی که یک سیناپس با بیت‌های بالاتر می‌تواند اطلاعات بیش‌تری در مقایسه با یک سیناپس با بیت‌های کم‌تر در خود ذخیره کند.»
«یک بیت برابر است با سیناپسی که انتقال‌ها را با دو قدرت ارسال می‌کند، درحالیکه دو بیت معادل 4واحد قدرت است و به همین منوال ادامه پیدا می‌کند.»
تیم جفت‌های سیناپسی هیپوکامپ مغز یک موش را تجزیه و تحلیل کردند. هیپوکامپ یکی از نواحی مغز است و نقش مهمی در یادگیری و ذخیره اطلاعات ایفا می‌کند. این جفت سیناپس‌ها در مجاورت هم بودند و در واکنش به سیگنال‌های مغزی‌ای فعال می‌شدند که هم به لحاظ نوع و هم به لحاظ مقدار، مشابه بودند. تیم تشخیص داد که با توجه به ورودی یکسان، این جفت‌ها دقیقاً به همان میزان تقویت یا ضعیف شدند – که نشان می‌دهد مغز هنگام تنظیم قدرت یک سیناپس بسیار دقیق است.
این تجزیه و تحلیل نشان می‌دهد که سیناپس‌های هیپوکامپ می‌تواند بین 4.1 تا 4.6بیت اطلاعات ذخیره کنند. دانشمندان در مطالعه‌ای که پیش از این روی مغز موش‌ها انجام شده بود، به نتایج مشابهی رسیده بودند اما دفعه قبلی، آن‌ها داده‌ها را با روشی که دقت پایین‌تری داشت تجزیه و تحلیل کرده بودند.
کوین فاکس، استاد علوم اعصاب در دانشگاه کاردیف در انگلستان، می‌گوید که مطالعه تازه به تأیید آنچه بسیاری از دانشمندان علوم اعصاب قبول دارند، کمک می‌کند و آن اینکه سیناپس‌ها هر کدام‌شان بیش‌تر از 1بیت حمل می‌کنند.
این داده‌ها بر مبنای ناحیه کوچکی از هیپوکامپ مغز موش انجام شده، بنابراین هنوز نمی‌دانیم اگر مغز کامل یک موش یا انسان مطالعه شود، به چه نتایجی خواهیم رسید. یو می‌گوید: «جالب است بتوانیم تعیین کنیم که این ظرفیت برای ذخیره‌سازی اطلاعات در بین مغزهای مختلف و گونه‌های متفاوت چه تفاوتی با هم دارد.»
فاکس می‌گوید در آزمایش‌های بعدی به دنبال مقایسه ظرفیت نواحی متفاوت مغز هستند. این مطالعه همچنین می‌تواند یک ناحیه مشخص از مغز یک فرد سالم و بیمار را نیز از این حیث بررسی کند.
عاطفه رضوان نیا
