Мегабайты Головного Мозга

Знаете ли вы, что создатели графической базы данных OrientDB вдохновлялись красотой и изящностью человеческих мозгов?


Сколько памяти хранится в одном нейроне? Сто килобайт? Сто мегабайт? А может сто гигабайт?

На этот вопрос сразу вспоминается один диалог из Игры Престолов:

— Знаешь, сколько золота добыли в Западных Землях за этот год? Угадай.
— В фунтах, тоннах, унциях?
— Неважно: ответ будет одинаковый.

Ноль. Нейрон не хранит в себе вообще никакой информации. Это — просто клетка, и никакого жёского диска в нём нет.

Q: Если мозг состоит из нейронов, а нейроны не содержат информации — то где тогда хранится память?

Память, как бы это странно ни звучало, хранится не в нейронах, и даже не в их отростках — а строго между нейронами.

Как такое может быть?

Возьмём несколько определений слов:

Ходьба — медленное передвижение ногами по земле.
Бег — быстрое передвижение ногами по земле.
Плавание — передвижение в воде.
Конечность — рука или нога.
Десница — правая рука.

Общий принцип, по которому устроены все толковые словари — одни слова определяются другими, а те в свою очередь определяются третьими. Поэтому, мы можем нарисовать так называемую словарную семантическую сеть, которая наглядно покажет, как слова по цепочке определяют друг друга:

Сеть, составленная на основе определений слов.

Теперь спрячем все надписи:

Сеть, составленная на основе определений слов - надписи скрыты.

Сами элементы сети больше не содержат информации, и может показаться, что вся сеть стала бессмысленной. Но это только на первый взгляд: на самом деле, она содержит огромное количество информации. К примеру, глядя на сеть, мы можем сказать, что слова 12 и 2 — это что-то очень похожее. Или что слова 6 и 7 относятся к одной категории, но при этом имеют совершенно разные функции.

Без надписей, каждый отдельный элемент сети является ничем, но когда много таких элементов образуют связи, то они начинают описывать друг друга. Носителем информации при этом является сеть в целом: неважно, какая цифра стоит внутри элемента — важно, куда направлены стрелки от него.

Точно так же организованы и нейроны в нашем мозгу:

Нейронная сеть - информация хранится за счёт упорядоченных связей между нейронами.

По отдельности, каждый из нейронов ничего не значит. Это — просто клетки с ядрами и митохондриями внутри, которые только и умеют что жрать да расти́.

Информация возникает, когда много нейронов собираются вместе и образуют связи друг с другом. Неважно, какая у нейрона форма, размер, и сколько внутри него митохондрий — важно, с кем из соседей он образовал синапсы, а с кем нет.

Такая групповуха из нейронов, тычащих друг в друга отростками, называется нейронной сетью. Это — уникальный способ хранения информации, которым вдохновлялись создатели и семантических сетей, и графических баз данных.

Внешние Отсылки и Разрешение Неоднозначностей

Рассмотрим ещё одну словарную семантическую сеть:

Глядя на данную семантическую сеть, невозможно понять, о чём речь.

Содержит ли сеть информацию — конечно: сразу видно, что слова 2-5 относятся к одной категории, и при этом отличаются друг от друга по одному уникальному параметру (6-9).

Но что это за элементы? Да, мы знаем, как они соотносятся друг с другом — но сами-то они могут быть чем угодно. Может, 2-5 — это какие-нибудь фрукты, которые отличаются друг от друга по цвету. А может, это виды обезьян, а 6-9 — это ареалы их обитания.

Вся информация в семантической сети относительна, и поэтому заведомо неоднозначна: из неё можно узнать о взаимоотношениях между элементами, но не об их абсолютных значениях.

Если куча неизвестных будут по кругу описывать друг друга, то они так и останутся неивестными.

Однако, любую сеть можно легко возвести в абсолют. Для этого нужно несколько «отправных точек» (эдаких подсказок): если бы нам сказали, что означают хотя бы три-четыре элемента сети, то по их отношениям с другими элементами мы смогли бы разгадать остальное.

Добавив внешние отсылки к семантической сети, мы сразу понимаем, о чём речь.

С четырьмя подсказками общая картина складывается: становится понятно, что 2, 3, 4, 5 — это виды мяса разных животных.

Такие подсказки называются референтами, или внешними отсылками — то есть конкретные, абсолютные образы, привязанные к элементам сети.

Поскольку информация в мозгу однозначна — не путаем же мы виды мяса с видами обезьян —  то у него тоже должны быть внешние отсылки. Можно связывать нейроны друг с другом до бесконечности — но вся эта информация будет бесполезной без абсолютных отправных точек.

Отсюда встаёт два вопроса:

  1. Что именно служит внешними отсылками для нервной системы?
  2. Где эти отсылки хранятся — не может же мозг хранить рисунки, свёрнутые в рулон?

Окном нашего мозга в реальный мир являются сенсорные системы, известные в простонародье как органы чувств: глаза, уши и всё такое. Когда вы смотрите на предмет, чувствительные клетки в ваших глазах возбуждаются и отправляют сигналы в мозг. В зависимости от того, на что вы смотрите: на мужчину, женщину, кошку или баскетбольный мяч — эти сигналы будут отличаться.

А разные сигналы будут возбуждать разные нейроны в зрительной коре. К примеру, есть нейроны, которые принимают сигналы только от «красных» колбочек, и если такой нейрон возбудится, то это гарантирует, что в поле зрения есть красный цвет — ни от чего другого он в принципе возбудиться не может. Есть нейроны, которые принимают сигналы только от колбочек, расположенных на сетчатке в ряд — они возбуждаются только тогда, когда в поле зрения присутствует прямая линия. И таких нейронов, отвечающих за разные комбинации стимулов — сотни тысяч.

Разные нейроны получают сигналы только от определённых колбочек, что позволяет им распознавать паттерны.

К первому нейрону подходят аксоны от колбочек, расположенных на сечатке по кругу — поскольку он возбуждается только тогда, когда именно на эти колбочки падает свет, то выходит, что он будет распознавать круг. Ко второму нейрону посылают сигналы только колбочки, расположенные на сетчатке горизонтальной полосой — он распознаёт горизонтальную черту. К третьему нейрону подходят аксоны только от колбочек, реагирующих на красный цвет — соответственно, этот нейрон будет возбуждаться, когда в поле зрения будет красное пятно. Подобные схемы могут быть любыми — благодаря им, мозг умеет распознавать самые разные формы и паттерны.

Когда вы посмотрите на баскетбольный мяч, то где-то в вашем мозгу возбудится нейрон, отвечающий именно за образ баскетбольного мяча. Когда вы вдыхаете запах кофе, где-то в обонятельной коре возбуждается нейрон, реагирующий именно на «кофейную» зáпаховую комбинацию. Многие нейроны в нашем мозгу прочно связаны с конкретными визуальными, звуковыми, обонятельными или тактильными образами — совсем как слово «gato» в испанском визуальном словаре связано с фотографией кошки.

Теперь, если с таким нейроном свяжется другой нейрон, то получится, что он как бы свяжется с образом мяча или кофе. Нейронная сеть перестанет быть замкнутой в себе — у неё появляются реальные внешние отсылки:

Нейронная сеть - добавлены внешние отсылки.

Большинство нейронов в такой сети связаны исключительно с другими нейронами, но некоторые связаны ещё и с внешними, абстрактными образами, которые происходят из сенсорных систем. Глядя на такую сеть, мы сразу можем сказать, какие нейроны имеют отношение к баскетболу, какие — к колокольному звону, а какие — и к тому, и к тому.

Q: А сколько мегабайт памяти может хранить нейронная сеть?

Некорректный вопрос.

Бытует мнение, что байты — это некое универсальное мерило информации. Но на самом деле байт — это мера измерения информации исключительно компьютерной (если конкретнее — бинарной).

Один байт — это вот это: 10110001. Восемь единичек или ноликов. В мозгу никаких ноликов и единичек нет: информация в нейронной сети хранится фундаментально по-другому, и пытаться измерить её байтами — что измерять время световыми годами.

Скорее всего, память мозга можно перевести в бинарный вид и измерить в байтах, но тут уже всё будет зависеть от способа конвертации и его абстрагированности. Это как рисунок гуашью: в компьютере он может весить и мегабайт, и сто мегабайт — смотря в каком разрешении его отсканировали и в каком формате сохранили.

Мегабайты в мозгу — это как золото в Западноземельных рудниках: многие говорят про него, хотя по факту не существует такого вовсе.

2
Напишите, что вы думаете:

avatar
2 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
2 Comment authors
МаксимЯрослав Лунев Recent comment authors
  Подписаться на обновления  
Оповещать о
Максим
Гость
Максим

С удовольствием почитал бы другие статьи про мозг в таком изложении.

Ярослав Лунев
Гость
Ярослав Лунев

Жду про ИИ