Почему человеческий мозг настолько эффективен? — The Idealist
Автор: Ликван Лао
Публикуется с сокращениями
Человеческий мозг – сложное устройство; он состоит из примерно 100 миллиардов нейронов, которые формируют порядка 100 триллионов соединений. Его часто сравнивают с другой сложной системой, обладающей огромными возможностями для решения задач: цифровым компьютером. И мозг, и компьютер имеют большое количество элементарных блоков — нейронов и транзисторов соответственно — которые соединены в сложные цепи для обработки информации, передаваемой электрическими сигналами. На глобальном уровне архитектуры мозга и компьютера похожи друг на друга и состоят в основном из отдельных цепей для ввода, вывода, центра обработки информации и памяти.
Но у кого лучше способность
решать проблемы – у человеческого мозга или компьютера? Учитывая быстрое
развитие компьютерных технологий в последние десятилетия, можно подумать, что
компьютер имеет преимущество.
Так почему компьютер хорош в одних задачах, а мозг лучше в других? Изучение схожести и различий компьютера и мозга важно для компьютерных инженеров и нейробиологов. Оно началось на заре современной компьютерной эры, его пионером стала небольшая, но глубокая книга Джона фон Неймана под названием «Компьютер и мозг», эрудита, который в 1940-х годах впервые разработал компьютерную архитектуру, до сих пор являющуюся основой большинства современных компьютеров.
Компьютер обладает огромными
преимуществами перед мозгом по скорости выполнения основных операций.
Самая быстрая синаптическая передача занимает около 1 миллисекунды.
Таким образом мозг может выполнять максимум около тысячи базовых операций в
секунду – работает в 10 миллионов раз медленнее, чем компьютер.Компьютер также имеет огромные преимущества перед мозгом в точности основных операций. Машина может представлять величины (числа) с любой требуемой точностью в соответствии с битами (двоичные числа или 0 и 1), назначенными каждому числу. Эмпирические данные свидетельствуют о том, что большинство величин в нервной системе (например, частота возбуждения нейронов, которая часто используется для представления интенсивности стимулов) имеют вариабельность в несколько процентов из-за биологического шума.
Профессиональный теннисист может следить за траекторией мяча, который движется со скоростью до 257 км. в час.
Однако в реальности вычисления,
выполняемые мозгом, не являются ни медленными, ни неточными.
Например,
профессиональный теннисист может проследить траекторию теннисного мяча после
его подачи со скоростью до 257 км. в час, перейти к оптимальному месту на
корте, расположить свою руку и повернуть ракетку, чтобы отбить мяч на площадку
соперника – и всё это всего за несколько сотен миллисекунд. Более того, мозг
может выполнять все эти задачи (с помощью контролируемого им тела) с
потреблением энергии примерно в десять раз меньше, чем у персонального
компьютера. Как ему удаётся подобное? Важное различие между компьютером и
мозгом заключается в способе обработки информации в каждой системе.
Компьютерные задачи выполняются в основном последовательными шагами. Это видно
по тому, как инженеры программируют компьютеры, создавая последовательный поток
инструкций. Для последовательного потока операций необходима высокая точность
на каждом шаге, поскольку ошибки накапливаются и усиливаются с течением времени.
Мозг также использует последовательные шаги для обработки информации. В примере
с отбитым теннисным мячиком информация поступает из глаза в мозг, затем в
спинной мозг, который обеспечивает сокращения мышц ног, туловища, рук и
запястья.
Но мозг также использует параллельную обработку, используя преимущества большого количества нейронов и соединений, которые устанавливает каждый нейрон. Например, движущийся теннисный мяч активирует множество клеток в сетчатке глаза, называемых фоторецепторами
, работа которых заключается в преобразовании света в электрические сигналы. Эти сигналы затем параллельно передаются на множество различных типов нейронов. К тому времени, когда сигналы проходят через два-три синаптических соединения в сетчатке, информация о местоположении, направлении и скорости мячика извлекается нейронными цепями и передается параллельно мозгу. Аналогично, двигательная кора (часть коры головного мозга, которая отвечает за управление телом) посылает параллельные команды для управления сокращением мышц в ногах, туловище, руках и запястье, так что тело и руки одновременно совершают движения для удара по мячу.Эта параллельная работа возможна
потому, что каждый нейрон посылает информацию многим другим нейронам — в
среднем порядка 1000 для входных и выходных сигналов в секунду в каждом случае
(к примеру, каждый транзистор имеет только три узла для ввода и вывода).
Ваш мозг в 10 миллионов раз медленнее, чем компьютер.
Другое важное свойство мозга заключается в том, что силы связи между нейронами могут быть изменены в ответ на активность и опыт — процесс, который, по общему мнению нейробиологов, лежит в основе для обучения и памяти. Повторное обучение позволяет нейронным цепям лучше настраиваться для выполняемых задач, что значительно повышает скорость и точность.
В последние десятилетия инженеры
черпали идеи у мозга в совершенствовании компьютерного дизайна. Принципы
параллельной обработки и зависящее от использования изменение соединения были
включены в современные компьютеры.
Независимо от того, кто побеждает в выполнении
конкретных задач, эти междисциплинарные перекрестные достижения, несомненно,
будут способствовать развитию как нейробиологии, так и компьютерной
инженерии.Ликун Луо — профессор Школы гуманитарных и естественных наук, преподававший нейробиологию в Стэнфордском университете.
Оригинал: Nautilus
Просмотр телевизора уменьшает размер мозга. Но извилины можно «накачать»
12 января 2023, 16:00Эксклюзив
Мария Борисова
Фото: Jonas Leupe/Unsplash
Просмотр телевизора уменьшает объемы мозга, доказали ученые. Это чревато ухудшением когнитивных функций, памяти, внимания. Кроме того, увеличивается риск развития деменции и болезни Альцгеймера. А как же гаджеты? Они тоже пагубно влияют на наш мозг? «Ямал-Медиа» разобрался.
От телевизора мозг «сохнет»
Ученые из американского Университета Джона Хопкинса доказали, что из-за длительного просмотра телевизора в мозге сокращается объем серого вещества.
Чтобы проанализировать эффект телевидения, ученые обратились к другой научной работе по влиянию образа жизни на развитие сердечно-сосудистых заболеваний, которая велась с 1985 года.
В исследовании рассматривались результаты около 600 жителей Соединенных Штатов. В среднем они смотрели телевизор по 2,5 часа в день, причем этот показатель оставался стабильным на протяжении 20 лет. В итоге к 50 годам объем мозга у тех, кто смотрел телевизор 1,4 часа в день и больше, сократился на 0,5%.
Фото: Juan Ordonez/Unsplash
0,5% — это много или мало? Сложно сказать. Биолог, популяризатор науки Евгений Плисов объяснил «Ямал-Медиа», что даже если у человека откажет целая часть мозга, он все равно останется собой и сможет выполнять какие-то действия. Тем не менее, пагубные последствия будут от потери даже такой небольшой массы серого вещества.
Будут расщепляться ранее сформированные связи, то есть мозг будет терять производительность. Человек станет хуже обрабатывать информацию, ориентироваться в ситуациях, требующих концентрации, принимать решения.
Все эти функции нарабатываются в результате долгой тренировки и постоянно поддерживаемой активности мозга. Любая активность — физический процесс. Мозг меняется постоянно. Если мы что-то запоминаем, это значит, что какие-то клетки в нашей голове сцепились друг с другом и передали информацию. А если человек каждый день сидит и смотрит телевизор, конечно, мозг будет «усыхать».
Евгений Плисов
биолог
Фото: National Cancer Institute/Unsplash
Что лечит, а что калечит
Негативному влиянию телевизора на мозг посвящен не один десяток научных работ. Ранее американские ученые провели исследование мозга 146 тысяч людей старше 60 лет. Выяснилось, что постоянный просмотр телевизора увеличивает риск развития деменции, а использование компьютера в пожилом возрасте снижает такие шансы.
Телевизор — это пережеванная информация, и мозг серьезно снижает свою активность. Можно даже за собой проследить: у телевизора есть окологипнотический эффект, в него «залипаешь» — и в мозгу тишина.
Он перестает тренироваться и просто находится в поле информации.
Евгений Плисов
биолог
Компьютеры, в свою очередь, предполагают взаимодействие, добавил Плисов. Даже движение мышкой и наблюдение за курсором на мониторе — это уже построение причинно-следственных связей. И чем больше пожилой человек использует компьютер, ищет информацию в Сети или общается со своими друзьями, тем лучше для его мозга.
Плисов подчеркнул, что этот вывод относится именно к пожилым людям. С более молодыми пользователями все сложнее.
Фото: Robina Weermeijer/Unsplash
Не упрощать
Однозначно оценить влияние гаджетов на мозг сложно. Все зависит от того, как человек пользуется смартфоном.
«Если с его помощью он удаленно подключает себя к телевизору, это уменьшит его мозг. А если через телефон он пользуется Всемирной паутиной как бесконечным источником информации, это будет полезно. Если пользование смартфоном превращается в «жвачку», как это обычно бывает с телевизором, это пагубно повлияет на мозг.
А если он делает тебя лучше и заставляет мозг тренироваться, становиться сложнее, это будет хорошо.
Евгений Плисов
биолог
Научные исследования подтверждают эту мысль. Показательный пример — лондонские таксисты. Они должны знать город на зубок и держать в памяти сотни маршрутов и объездных путей. Анализ британских ученых показал, что у таксистов значительно увеличен гиппокамп, который отвечает за переход кратковременной памяти в долговременную.
А вот у геймеров ситуация обратная. По данным канадских нейробиологов, у любителей шутеров улучшается реакция и кратковременная память, а центр долгосрочной памяти атрофируется. Уменьшение гиппокампа увеличивает риск развития болезней Паркинсона и Альцгеймера, деменции и шизофрении. Так что ученые посоветовали разработчикам игр усложнять их и отказываться от автоматической навигации.
Фото: Florian Olivo/Unsplash
Как «накачать» мозг
Поддерживать здоровье мозга можно за счет любых активностей, которые человек не совершает в повседневной жизни.
Сократить риск деменции или болезни Альгцеймера можно, постоянно меняя свою активность и пробуя что-то новое. Например, если вы можете в очередной день пойти по новой дороге до работы, сделайте это. Если вы программист, попробуйте научиться готовить или ухаживать за садом. А если вы садовник, попробуйте программировать. Чем более разнообразным будет ваш опыт, тем более сложным и крутым будет ваш мозг.
Евгений Плисов
биолог
Самые важные и оперативные новости — в нашем телеграм-канале «Ямал-Медиа».
УченыеПолезные советыИсследованияТехнологииПенсионеры
Вот как сфокусироваться и использовать больше мозга
Это миф, что люди используют только 10% своего мозга. «Эта идея не только неверна, она не имеет никакого смысла», — говорит Эрл Миллер, профессор неврологии Института обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте. «Даже самые простые действия задействуют большую часть нашего мозга».
Но хотя это старое изречение о 10% является ложным, верно то, что у многих из нас есть некоторые неиспользованные резервы остроты ума, которые, если их использовать, могут обострить наши способности к прозрению и анализу.
По словам Миллера, ключ к доступу к этим резервам — оставаться сосредоточенным. «Главное, что мешает нашему познанию, — это рассеянность».
Отвлекающие факторы сильно истощают способность мозга концентрироваться, и один из лучших способов получить от ума больше — подарить себе непрерывные отрезки времени.
Думайте о своем разуме как о мышце, которую можно укрепить с помощью упражнений. Но последние научные данные показывают, что «упражнения» означают не игры для мозга на основе приложений или действия, такие как судоку, а периоды продолжительной непрерывной концентрации, говорит Миллер. Проще говоря, рассеянный мозг — это тупой мозг. К сожалению, «наш мозг любопытен и всегда интересуется тем, что происходит вокруг нас, поэтому очень сложно игнорировать все это и оставаться сосредоточенным».
Отвлекающие факторы вездесущи, появляются в виде оповещений по электронной почте, текстовых сообщений и обновлений в социальных сетях. «Люди думают, что могут работать в режиме многозадачности и проверять эти вещи, не теряя внимания, но у нас есть множество исследований, показывающих, что переключение между задачами приводит к ошибкам и возврату, а также к потере большого количества времени», — говорит Миллер.
И все эти перерывы, кажется, мешают более творческим, глубоким прозрениям. Когда ваш мозг бомбардируется отвлекающими факторами, «ваши мысли становятся более поверхностными, и вы не продвигаетесь так далеко по пути появления новых идей».
Другие эксперты согласны. Переключение между задачами может привести к феномену, называемому «остаточным вниманием», согласно работе Софи Лерой, доцента бизнеса Вашингтонского университета. Когда вы просите свой мозг быстро переключиться с одной задачи на другую, он изо всех сил пытается чисто отбросить первую и перейти к следующей. «Допустим, я работаю над проектом вплоть до встречи, — говорит она. «Может быть, я и на встрече, но мой мозг все еще пытается найти завершение проекта, над которым я работал, поэтому вопросы и размышления об этом проекте мешают мне сосредоточиться».
Чем больше задач вы просите свой мозг выполнить за короткий промежуток времени, тем больше накапливается когнитивного беспорядка и тем больше снижается ваша производительность.
Кэлвин Ньюпорт, адъюнкт-профессор компьютерных наук Джорджтаунского университета и автор книги «Углубленная работа », описывает снижение производительности в реальном мире. «Как ни странно, у большинства людей производительность и когнитивные способности падают на 50%, когда они отвлекаются», — говорит он. И хотя быстрый просмотр вашего почтового ящика или социальной ленты занимает всего секунду, «продолжительность этих проверок не коррелирует со степенью отвлечения внимания», — говорит Ньюпорт.
ЕЩЕ : Мои устройства портят мне мозг?
Ньюпорт осознал, насколько эти быстрые проверки снижают производительность его мозга, когда он писал свою последнюю книгу. Стремясь быть более продуктивным, он начал планировать блоки времени, чтобы проверить свой телефон или электронную почту, а остаток своего дня посвящал исключительно своей книге или своим исследовательским обязанностям в качестве академика. «У меня должно было быть меньше времени на мою обычную работу, потому что я также занимался исследованиями и писал эту книгу», — говорит он.
«Но количество рецензируемых статей, которые я опубликовал в том году, увеличилось в два раза».
Один из лучших способов заострить ваше внимание — и, следовательно, увеличить ваши умственные способности — это запланировать такое непрерывное время, чтобы сосредоточиться на когнитивных задачах, которые важны для вас. «Люди, которые занимаются этим, нередко говорят о повышении своей производительности, — говорит Ньюпорт. Исследования показывают, что медитация может быть еще одним способом усилить способность вашего мозга концентрироваться.
Также важно выполнить одну умственную задачу, прежде чем переходить к другой. «Если у вас собрание в 11, большинство из нас будет работать до 10:59.а потом спешить на встречу, — говорит Лерой. «Это не дает мозгу времени понять, что он сделал или что еще нужно сделать, и поэтому нет закрытия». По ее словам, ваш мозг нуждается в этом закрытии, чтобы эффективно перейти к следующей работе.
ЕЩЕ : Мобильный телефон Отвлекшее внимание родителей может иметь долгосрочные последствия
Она рекомендует делать перерывы между умственными задачами — даже минуту или две — чтобы подумать о работе, которую только что проделал ваш мозг.
«Запишите, где вы находитесь и что вы хотите сделать, когда вернетесь к заданию», — говорит она. В одном из ее экспериментов люди, которые следовали этому протоколу, улучшили свои результаты в тесте на принятие решений на 79%.% по сравнению с людьми, у которых не было времени собраться с мыслями между задачами.
Еще одна просто звучащая, но сложная рекомендация — добавить в свою жизнь больше скуки. «Не вытаскивайте телефон, стоя в очереди, а если вы где-то сидите в одиночестве, попробуйте, не глядя на экран», — говорит Ньюпорт. Большинству из нас нужны эти перерывы, если мы надеемся сосредоточиться на чем-то дольше, чем несколько минут. «Мозг должен чувствовать себя комфортно, не получая новые блестящие стимулы от устройства каждые несколько секунд», — говорит он.
Действительно, небольшой цифровой прорыв имеет большое значение. «Я думаю, что быть постоянно на связи — это как сахар: нам легко привыкнуть к этому и хотеть большего», — говорит Лерой. «Если вы тратите много времени на многозадачность, вам потребуется время, чтобы научить свой мозг сохранять сосредоточенное внимание».
Свяжитесь с нами по телефону по адресу [email protected].
Каков объем памяти человеческого мозга?
Каков объем памяти человеческого мозга? | Меданта Заказать услугу в Меданте- 17 мая 2022 г.
- #Мозг
- #БолезниМозга
- #Институт неврологии
- #MedantaБлоги
- #МедантаБольницы
Мы часто задаемся вопросом о блестящей силе памяти друга или ребенка, с которым мы сталкиваемся в жизни.
Давайте разберемся с объемом памяти человеческого мозга
Жизнь нового века познакомила нас с технологиями, используемыми в нашей повседневной жизни. Гаджеты, такие как компьютеры, планшеты и смартфоны, стали самой неотъемлемой частью нашей жизни. Когда мы думаем о замене этих гаджетов, мы в первую очередь рассматриваем память этого конкретного устройства. Давайте поймем фразы «мегабайты» и «гигабайты», которые помогут нам узнать объем памяти, который мы ищем, когда покупаем любой новый гаджет. Память человеческого мозга — действительно гениальная вещь, которой мы одарены.
Память человеческого мозга далека от человеческого воображения. Человеческий мозг и нервная система склонны к проблемам, как и любая другая часть нашего тела.
Каков объем памяти человеческого мозга?
Человеческий мозг — это сложный орган, который управляет памятью, эмоциями, мыслями, осязанием, зрением, дыханием и всеми процессами, управляющими человеческим телом. Головной мозг в сопровождении спинного мозга образует нервную систему. Эксперты рассчитали память человеческого мозга, измерив связи между клетками мозга, и расшифровали это число в байты и единицы компьютерной памяти. Человеческий мозг содержит миллиарды нейронов, каждый из которых образует тысячи соединений. Один байт состоит из 8 бит, а человеческий мозг может хранить более одного квадриллиона байтов данных — петабайта. Как упоминалось в статье в журнале Scientific American, объем памяти человеческого мозга был подтвержден равным 2,5 петабайтам памяти. «Петабайт» означает 1024 терабайта или миллион гигабайт, так что мозг среднего взрослого человека может накопить эквивалент 2,5 миллионов гигабайт памяти.
Согласно отчетам исследования, проведенного Стэнфордом, человеческий мозг конструктивно сравним с самыми авторитетными современными компьютерами. Кора головного мозга в человеческом мозгу обладает 125 триллионами синапсов, которые могут хранить до 2,5 петабайт общей емкости памяти.
Как работает объем памяти человеческого мозга?
Человеческий мозг направляет и принимает сигналы и знаки по всему телу. Различные сигналы управляют процессами, и мозг понимает каждый из них. Множественные сообщения зарезервированы в мозгу. Другие сообщаются позвоночником и массивными участками нервов тела до пределов длины. Центральная нервная система зависит от бесчисленных нейронов или нервных клеток. Каждый нейрон включает в себя тысячи синапсов, и информация, которую хранит мозг, определяется силой сетей между нейронами, которая зависит от размера синапсов. Нейроны представляют собой состав трех жизненно важных фрагментов: сомы или сферической части, состоящей из ядра, дендритов или длинных ветвящихся участков, которые прикрепляются к другим клеткам, и аксона или длинного клеточного сегмента.
Человеческий мозг отправляет, получает и в конечном итоге хранит данные и различную информацию. Мозг направляет информацию из коры, где хранятся нервные клетки мозга, в гиппокамп для хранения памяти. Он связывает память, обучение, ориентирование и восприятие пространства. Он получает информацию от коры головного мозга и может играть роль в развитии болезни Альцгеймера. Когда мы возвращаемся к воспоминаниям или событиям, процесс идет по обратному пути. В человеческом мозгу около 86 миллиардов нейронов и различные нейроглии, которые играют жизненно важную роль в качестве системы поддержки нейронов. Связь между нейронами важна, так как каждый нейрон может связываться примерно с 10 000 других.
Типы памяти
Память подразделяется на 3 широкие категории. К ним относятся-
- Сенсорная память. Позволяет запоминать сенсорную информацию после окончания действия стимула. Другие воспоминания начинаются после формирования сенсорных воспоминаний.
Когда сенсорный опыт продолжает повторяться, он может перемещаться в кратковременную или долговременную память. - Кратковременная память. Это позволяет вам вспомнить краткосрочную информацию в течение короткого периода времени. Согласно исследованиям, кратковременная память длится около 30 секунд. Вы можете сохранить информацию в кратковременной памяти, репетируя ее. Например, строка чисел.
- Долговременная память. Подавляющее большинство наших воспоминаний хранится в долговременной памяти. Любое воспоминание, которое мы можем вспомнить через 30 секунд, является долговременной памятью. Нет предела тому, сколько может хранить наша долговременная память и как долго. Он имеет 2 основные категории: явные и неявные 90 048.
Когда сенсорный опыт продолжает повторяться, он может перемещаться в кратковременную или долговременную память.
Советы по улучшению памяти
- Откажитесь от курения и алкоголя, ограничьте потребление сладких и обработанных продуктов.
- Ешьте продукты, улучшающие память, такие как листовые зеленые овощи, орехи, ягоды, рыба.
- Регулярные физические упражнения стимулируют рост клеток головного мозга и выработку нейротрансмиттеров, улучшающих память.
- Достаточный сон. Старайтесь спать от 7 до 8 часов каждую ночь.
- Держите ум занятым и бросайте вызов через непрерывное обучение и стимуляцию. Путешествия, изучение новых языков, игра на музыкальном инструменте, уроки рисования или кулинарии, разгадывание головоломок, настольные игры — все это способствует росту новых клеток мозга.
- Организованность помогает лучше запоминать информацию, как и определенные мыслительные привычки, такие как повторение имени человека, когда вас представляют, перефразирование разговоров и внимательное чтение.
- Медитация, снижение стресса и поддержание сети социальных отношений.
Заключение
Несмотря на то, что компьютеры и современные устройства хранения данных оказались невероятным чудом современности, человеческий мозг по-прежнему признается самой влиятельной мыслящей машиной в мире.