Какой объем памяти у человека
Обновлено: 02.07.2024
Совсем напрямую нельзя, потому что в байтах измеряют память компьютеров, а она устроена не так, как человеческая (подробней об этом ниже).
Но можно попытаться ответить на два похожих вопроса:
1) если бы мы попытались использовать человеческий мозг как устройство хранения информации для , на какой объем мы могли бы рассчитывать?
2) каким должен быть объем памяти у компьютера, способного мыслить, как человек?
Сначала о том, в каком именно смысле компьютерная память устроена иначе, чем человеческая, и почему это важно для ответа на наш вопрос. Попробуйте запомнить два числа: 5555555555 и 5714204664. Хотя они и одного порядка и требуют для своей записи одного количества цифр, но человеку, конечно же, проще запомнить первое. А вот компьютеру совершенно всё равно.
Человеческая память неотделима от поиска закономерностей и ассоциаций. Человеку проще запоминать что-то логичное, рифмующееся, закономерное, обращающееся к предыдущему опыту, достраивать уже имеющуюся картину мира. Компьютерной памяти важен только объём информации, который в байтах и выражается, а вот для человеческой байт байту рознь, и это мягко говоря.
Перейдем теперь к вопросам, на которые ответить можно!
1. Если бы мы попытались использовать человеческий мозг как устройство хранения информации для , на какой объем мы могли бы рассчитывать?
Человеческая память неточна. Вы же помните, как выглядят лошади? Конечно, помните! Даже если нет, найдите в интернете фото лошади и посмотрите на него. Попробуйте теперь эту лошадь воспроизвести по памяти, хотя бы с искажениями. Не очень получается, правда? А ведь это всего-то одна фотография, у вас даже на телефоне их сотни, небось.
Мировой рекорд запоминания числовой последовательности -- примерно 80000 знаков числа пи. Человек, который это сумел, уникум, это чудовищно, невероятно много: просто прочитать эти цифры вслух займёт целый день. И в то же время это совсем мало, меньше ста килобайт. Можно смело сказать, что 100 килобайт это верхний предел ответа на наш первый вопрос. У вашего компьютера оперативная память в десятки тысяч раз больше.
В общем, использовать человеческую память как устройство хранения информации, аналогичное компьютерной памяти, это очень плохая идея.
2. Каким должен быть объем памяти у компьютера, способного мыслить, как человек?
Буквально совсем недавно, в 2019-2020 годах, в искусственном интеллекте появилась очень интересная тенденция: выглядит так, что нейронные сети определенной разновидности (так называемые трансформерные языковые модели) оказываются тем умнее, чем больше они в байтах. GPT-2, которая "весит" единицы гигабайт, умнее, чем модели, "весившие" сотни мегабайт, и уже способна порождать вполне связные тексты на человеческом языке. А GPT-3, сеть, которая "весит" примерно терабайт, местами "рассуждает" пугающе по-человечески.
В связи с некоторыми фундаментальными ограничениями, трансформерные языковые модели вряд ли способны догнать людей и пройти тест Тьюринга, даже если их увеличить ещё во много раз. Нам нужно будет додумать их архитектуру и что-то переделать. Тем не менее, их успехи позволяют предположить, что нескольких терабайт, то есть объема, который легко помещается на современном жестком диске, вполне хватит для работы интеллекта человеческого типа.
Объём памяти в человеческом мозге оказался невероятно большим. Эту тему исследовали американские неврологи: авторы научной работы Терри Сейновски (Terry Sejnowski) из института биологических исследований Солка и Кристен Харрис (Kristen Harris) из университета Техаса в Остине, с коллегами. Их статья опубликована в журнале eLife.
Учёные изучили, как функционируют нейроны гиппокампа, при низком энергопотреблении они показывают высокую производительность. Оказалось, что вместимость мозга может быть в десять раз больше, чем считалось ранее. «Это настоящая бомба в неврологии, — говорит Сейновски. — Наши измерения объёма памяти в мозге увеличивают консервативную оценку в 10 раз как минимум до петабайта, примерно до объёма всей информации в интернете».
Сейновски, очевидно, имеет в виду только текстовую информацию. Но даже в этом случае такая оценка очень впечатляет.
В своей работе исследователи построили 3D-модель ткани гиппокампа крысы, на основе фактических данных. И в этой модели обнаружилось кое-что странное. Синапсы — соединения между нейронами — оказались продублированы в 10% случаев. То есть там были не одиночные, а парные синапсы.
Чтобы замерить разницу между этими продублированными синапсами, группа Сейновского провела реконструкцию связности, форм и объёмов вещества мозга крысы на наномолекулярном уровне, используя современные микроскопы и вычислительные алгоритмы.
«Мы были поражены, когда обнаружили, что разница в размере синапсов из пар оказалась очень маленькой, всего лишь около 8%, — говорит Том Бартол (Tom Bartol), один из учёных. — Никто не думал, что разница окажется настолько маленькой. Это такой трюк от природы».
Открытие, что разница в размере синапсов может составлять всего 8%, означает возможность существования 26 категорий размеров синапсов (по силе синаптической связи), а не всего нескольких, как считалось раньше. Это значительно повышает «разрядность» системы, что означает существенное увеличение потенциального объёма хранимой информации (примерно 4,7 бита на синапс). Результаты исследования демонстрируются в видеоролике.
Как работают синапсы
«Грубо говоря, здесь на порядок более высокая точность, чем кто-либо мог представить, — объясняет Сейновски. — Последствия это открытия могут быть серьёзными. Под видимым хаосом и беспорядком вещества мозга находится высокая точность и аккуратный порядок, который раньше был скрыт от нас».
Расчёты учёных показывают, что синапсы изменяют свой размер и свойства, в зависимости от передаваемого сигнала. Примерно 1500 передач нейроимпульса вызывают изменения в маленьких синапсах (занимает около 20 минут), в то время как пару сотен передач (1-2 минуты) изменяют большие синапсы.
Другими словами, каждые 2-20 минут синапсы в мозге изменяют размер, настраиваясь на передаваемый сигнал.
Сделанные открытия в работе синапсов могут найти применение и в информатике, в разработке сверхточных и энергоэффективных систем, использующих техники глубинного обучения (deep learning) и нейросетей. «Этот трюк мозга определённо поможет проектировать лучшие компьютеры, — сказал Сейновски. — Использование вероятностной передачи оказалось не менее точным и намного более энергоэффективным как в компьютерах, так и в мозге».
Мозг человека – абсолютно загадочный орган, не имеющий больше аналогов в мире. Разум, которым наградила природа человека, позволил ему встать на верхнюю ступеньку эволюции и занять господствующее положение на планете.
Между тем, изучение человеческого мозга – очень непростая задача, до сих пор не решенная на многих уровнях. Крупнейший советский нейрофизиолог Наталья Бехтерева, всю жизнь посвятившая себя изучению мозга, призналась в конце жизни, что так ничего и не узнала о нем.
Но всё же исследователи пусть медленно, но приоткрывают тайны функционирования мозга, его строение и работу. Например, память – способность сохранять информацию о произошедших событиях и то, как организм реагировал на эти события. Считается, что объем памяти для хранения этой информации, а также время её хранения прямо зависят от количества нервных клеток, участвующих в этом процессе.
Если в компьютерах память работает по принципу записи в ячейки электрического сигнала, то мозг функционирует совершенно по-другому – на основе нейронных сетей, групп нейронов, связанных друг с другом синаптическими связями. Синапс – это место контакта двух нейронов, а импульсы через него передаются либо химическим, либо электрическим путем. Новое для организма событие запоминается либо путем создания новых синоптических связей, либо на основе изменения старых связей.
В отличие от компьютера с его строгой структурой между всеми узлами, головной мозг обрабатывает информацию, работая параллельно со множеством образов. Возникает вопрос – если сравнивать мозг человека с компьютером, какую примерно ёмкость он имеет? И примерные подсчеты были проведены, хотя, конечно, впрямую сравнивать мозг и память компьютера некорректно из-за совершенно разного способа хранения информации.
Мозг человека имеет 86 миллиардов нейронов, каждый из которых может иметь до десяти тысяч синапсов с другими нейронами. А каждый из нейронов может хранить информацию в размере 4,7 бит. В сумме получается, что человеческий мозг имеет ёмкость около тысячи терабайт (или одного петабайта).
Для сравнения – все серверы компании Google ежесуточно производят обработку массива данных в размере свыше 25 петабайт. Но человеческий мозг затрачивает на это всего около 20 ватт, в то время как гугловские дата-центры потребляют тысячи киловатт электроэнергии. Так что по энергоэффективности человеческий мозг является самым выгодным местом хранения информации.
Сколько информации может хранить наш мозг? И может ли в нём закончиться место?
Любая информация занимает определенный объем памяти. Наши воспоминания – это тоже информация, а значит человеческий мозг, подобно жесткому диску, должен иметь ограниченный объем. Так ли это на самом деле и сколько информации может хранить наш мозг? Давайте разбираться!
Как происходит процесс запоминания?
Рабочим компонентом мозга является нейрон – электрически возбудимая нервная клетка. Именно нейроны принимают, обрабатывают, хранят и выдают информацию обратно путем электро-химических сигналов.
Процесс записи происходит путем объединения нескольких нейронов в единую сеть. Всякий раз, когда человеку нужно вспомнить некие сведения, мозг активизирует связанные с ними нейронные сети. Соответственно, чем больше связей между нейронами, тем больше память.
Правда, деятельность нервных клеток довольно энергозатратна для организма. В состоянии покоя мозг потребляет 20% вырабатываемой энергии. При активной умственной работе расход может увеличиваться втрое, резко уменьшая уровень глюкозы в теле.
Чтобы сэкономить энергию, мозг проводит постоянную оптимизацию среди нейронов, удаляя долго неиспользованные сети. Именно поэтому человеку свойственно забывать знания. В голове остаются либо наиболее яркие, либо часто используемые воспоминания.
Сколько в нас гигабайтов?
В мозге среднестатистического человека содержится приблизительно 100 миллиардов нейронов. Каждый из них может участвовать максимум в 10 000 нейронных связях. Каждый нейрон вмещает 4.7 бита информации. На основе этих данных исследователи пришли к выводу, что общая память человека составляет 1 миллион гигабайт (1 петабайт).
Много ли это? Для нас это практически бесконечный объём. Чтобы в совершенстве выучить английский язык, человеку потребуется 1.6 мегабайта памяти. Чтобы запомнить 36 миллионов томов Библиотеки Конгресса США, нужно 0.1 петабайт.
Полностью забить человеческую память информацией не получится и в течение нескольких жизней. Однако жить с огромной памятью было бы крайне неудобно.
Для поддержания всех нейронных связей в рабочем состоянии человеку потребуется регулярно их использовать, затрачивая колоссальное количество энергии. Для её восполнения эрудиту придется жевать пищу сутками напролет. Да и мозг не может работать 24/7, ему тоже нужно отдыхать.
Человеческий мозг состоит приблизительно из 100 млрд нейронов, каждый из которых вступает в тысячи связей с другими. В конечном в головном мозге формируются около 100 трлн связей. Передача информации осуществляется за счет синапса — точки специализированного контакта нейронов. Когда два взаимодействующих участка нейронов одновременно активизируются, синапс становится более прочным. Выступающее образование на дендритах (ветвящийся отросток нейрона, необходимый для получения информации) — дендритный шипик — также увеличивается в размерах. Шипик обеспечивает контакт с другими клетками, а увеличивается для восприятия большего количества поступающих сигналов.
Шипики разного размера раньше сравнивались учеными с битами компьютерного кода, только вместо цифр 1 и 0 исследователи пользовались описательными характеристиками их размера.
Впрочем, о количестве всех возможным размеров шипика специалисты также не имели представления, ограничиваясь бытовыми понятиями «маленький», «средний», «большой».
Любопытное наблюдение заставило исследовательскую группу из Института биологических исследований Дж. Солка (Калифорния) пересмотреть существующие измерения. С полным описанием эксперимента и с текстом научной статьи можно ознакомиться в журнале eLife.
Изучая гиппокамп крысы (гиппокамп — это участок коры головного мозга, отвечающий за запоминание зрительных образов), ученые заметили, что один аксон (отросток нейрона, выступающий в роли кабеля-передатчика) может вступать в связь с двумя дендритными шипиками — принимающими информацию «антеннами». Исследователи предположили, что шипики будут принимать одинаковую информацию, так как она исходит от одного и того же аксона, а значит, они должны быть сходны по размеру и прочности. При различных характеристиках шипика информация, переданная от одного аксона, будет изменена.
Исследователи решили измерить объекты, формирующие синаптические связи. В результате оказалось, что шипики, воспринимающие информацию от одного аксона, различаются в размерах примерно на 8%. Всего ученые зафиксировали 26 вариантов величины шипика.
На основе этих данных исследователи заявили, что человеческая память может хранить информацию объемом около одного квадриллиона байт.
Квадриллион (1 000 000 000 000 000) байт без малого соответствует одному миллиону гигабайт. Для сравнения: средняя оперативная память компьютера составляет всего 8 Гб. В то же время каждому из нас прекрасно известно, что использовать память на 100% мы не можем: люди регулярно забывают о датах дней рождения своих друзей, школьники часами пытаются выучить наизусть стихотворение или запомнить параграф из учебника по истории.
При этом именно такая ситуация рассматривается как абсолютно нормальная, а вот людей с выдающейся памятью мы склонны характеризовать словом «феномен». Так, американец Ким Пик, ставший прототипом Рэймонда Бэббита из фильма «Человек дождя», обладал уникальной памятью:
ему удавалось хранить до 98% всей полученной информации.
Среди друзей Пик имел прозвище Kim-puter. В 2005 году в журнале Scientific American была опубликована статья, посвященная Киму Пику. Ученые предполагают, что феномен был вызван отсутствием мозолистого тела, соединяющего полушария мозга: нестандартные соединения нейронов в этом участке спровоцировали повышенные возможности использования памяти.
Если сейчас известно, насколько велики возможности нашей памяти, почему важные понятия и события продолжают из нее ускользать? На этот вопрос пытается ответить Пауль Ребер, исследователь проблем механизмов памяти в Северо-Западном университете (Эванстон, штат Иллинойс, США). Ученый не принимал участия в экспериментах исследовательской группы Института Солка.
«Емкость памяти не является проблемой — любой анализ количества нейронов приведет к осознанию огромного потенциала человеческого мозга. Но это неважно, поэтому наше восприятие мира проходит быстрее, чем фиксация образа в памяти», — комментирует ученый.
По мнению Ребера, окончательно практически невозможно подсчитать количество информации, способной храниться в человеческом мозге. Проблема заключается в том, что информации в разы больше, чем мы можем себе представить. В памяти каждый человек хранит не только факты, лица и важные навыки, но и основные функции, такие как говорение и движение, чувственное восприятие и выражение эмоций. Ученый уверен, что сейчас еще достаточно сложно перейти от вычисления силы синапсических связей до комплексного описания всех сложнейших мелких процессов между нейронами.
Тем не менее Робер высоко оценил работу своих коллег из Института Солка: «Данные экспериментов значительно увеличивают наши знания не только об объемах памяти, но, что более важно, они еще раз подтверждают, насколько сложно устроены механизмы человеческой памяти».
Полученные результаты уже можно использовать при создании энергосберегающих компьютеров, способных имитировать стратегии работы человеческого мозга при передаче данных. Результаты проведенного эксперимента помогут и в клинических исследованиях заболеваний головного мозга, вызванных нарушением нормального синапса.
Вообще, исследованиями памяти ученые занимаются довольно давно, и иногда такие исследования дают весьма интересные результаты. Например, в 2011 году Элизабет Мартин из Миссурийского университета (Колумбия) смогла установить, что пребывание в хорошем настроении прямо влияет на нашу забывчивость. Полное описание эксперимента приводится в журнале Cognition and Emotion. Участники исследования были поделены на две группы: одни смотрели комедийное шоу, другие — инструкцию по установке настила.
Мартин уверена, что именно хорошее настроение заставляет нас забыть о важном звонке после веселой вечеринки.
Коллеги Элизабет Мартин, психологи из Иллинойского университета, полагают, что способность запоминать большой объем информации не так уж и полезна, особенно если вы занимаетесь творческой деятельностью. Ученые считают, что высокая способность к запоминанию развивает математическое мышление и снижает творческий потенциал. Исследование было опубликовано на сайте Ассоциации психологических исследований.
Читайте также: