Ученые заново оценили «производительность» человеческого мозга

Исследования ученых из Калифорнийского Университета (UCLA) показали, что мозговая активность человека в 10 раз выше, чем считалось ранее.

По-новому оценить «производительность» человеческого мозга, которая анализируется путем определения уровня активности составляющих его основу нейронов, позволили последние исследования специалистов из UCLA, расположенного в американском Лос-Анджелесе. Для этого ученые обратили повышенное внимание на структуру и функциональные «обязанности» дендритов, формирующих ключевые компоненты головного мозга — нервные клетки, более известные как нейроны. Последние представляют собой огромные древовидные структуры, собранные из нескольких элементов — непосредственно тела и сомы, обрастающей многочисленными ответвлениями, которые называются дендритами. Именно сомы отвечают за генерацию кратковременных электрических импульсов, получивших наименование «шипы» в научной литературе, и обеспечивающих соединения внутри человеческого мозга для обмена данными с другими нейронами. Основанная на исследованиях прошлого века теория настаивает, что соматические шипы являются своеобразными «активаторами» дендритов, в пассивном режиме «выстреливающих» электрические токи в сомы расположенных поблизости нейронов. До настоящего момента эта теория никем не оспаривалась, так как полностью укладывалась в канву научно-исследовательских работ, объясняющих принцип сбора и хранения наших воспоминаний.

Однако научной группе из Калифорнии удалось обнаружить несвойственную дендритам роль — вопреки сложившемуся мнению, они не являются пассивными каналами передачи импульсов, а проявляют более высокую активность, чем считалось ранее. Приблизительные расчеты показали, что активность дендритов выше в 10 раз, чем способны ее проявлять сомы, то есть они генерируют на один порядок больше шипов — коротких электроимпульсов. Таким образом, за восприятие человеком информации, ее обработку и анализ, а также формирование воспоминаний о произошедших событиях, включая функцию кратковременной памяти, отвечают не сомы, а именно дендриты. По словам Майанка Мехта, нейрофизика из группы американских исследователей, составляющие около 90% нервной ткани мозга и формирующие большую активность дендриты «коренным образом изменяют наше представление о том, как мозг обрабатывает информацию». Полученные командой из UCLA результаты проведения замеров мозговой активности на мышах «помогут проложить путь к лучшему пониманию и лечению неврологических расстройств и к разработке действующих на принципах человеческого мозга компьютеров». Речь в данном случае идет о вычислительных устройствах нового типа, оперирующих большим, чем два присущих современным стационарным и переносным компьютерам числом состояний. Если стоящий на столе почти у каждого современного потребителя ПК или ноутбук оперирует только «нулями» и «единицами», что соответствует двум режимам «да» и «нет», то перспективные интеллектуальные системы будущего должны понимать и множество других вариантов предоставления наименьшей единицы информации.

Промежуточные итоги проведенного за океаном масштабного исследования мозга человека опубликованы в научно-информационном издании Science за 9 марта 2017 года, где полностью раскрываются этапы организованных исследователями тестов. Еще один важный результат работы ученых — понимание принципов передачи данных дендритами. Если сомы отличаются генерацией больше похожих на современные кремниевые процессоры сигналов по типу «0» и «1», то есть индуцируют только два состояния в качестве ответа на сгенерированный запрос, то дендриты генерируют напряжения в более расширенном диапазоне. Зафиксированные с помощью высокоточной аппаратуры пики электрических разрядов, передаваемых между нейронами без участия сомов, регистрировали незначительно изменяющиеся напряжения с более высокими всплесками. По мнению исследователей, это указывает на совершенно иной принцип обработки данных, основанный на так называемых аналоговых вычислениях. В отличие от цифровых, здесь возможны несколько промежуточных вариантов ответов на заданный вопрос — кроме «да» и такого же категоричного «нет» мозг способен отреагировать на новость или событие более нейтрально, не бросаясь в крайности. Это, напомним, и становится ключевым отличием человека от машины, способной «понимать» всего два состояния интегрированных в чип регистров, что сильно мешает создать по-настоящему интеллектуальную и умеющую «думать» как разумное существо компьютерную систему.

Если говорить о «чистой производительности» человеческого мозга, то за счет большего объема дендритов, превышающих в размере нейронные центры, суммарная «вычислительная мощность» мозгового центра человека как минимум в 100 раз выше, чем приписывалось представителю семейства прямоходящих приматов до этого. В ближайшее время исследователи планируют расширить начатую исследовательскую работу для более полного изучения активности дендритов в различных состояниях деятельности. Анализ посылаемых мозгом испытуемых мышей сигналов четко показал, что разные части дендритов активируются в различное время, обеспечивая повышенную гибкость при распределении «ресурсов» в процессе обучения в границах одного из 100 миллиардов нейронов, содержащихся в голове у человека. Эта информация позволит медикам пересмотреть принципы лечения сложнейших неврологических заболеваний, оперируя обновленными данными о работе мозговых клеток. Серьезный научно-технологический прорыв авторы исследования ожидают и в компьютерной сфере — новые сведения о принципах функционирования составных частей мозга позволят создать по-настоящему универсальные и очень перспективные решения в виде вычислительных блоков нового поколения, кардинально отличающихся по уровню производительности от существующих сегодня. Первые шаги в этом направлении человечеством уже сделаны — умеющие понимать больше двух вариаций ответов квантовые компьютеры в пока еще «зачаточном» состоянии с достаточно слабыми способностями в вычислениях появились еще в начале XXI века.