人腦大約相當於多大的內存?

2020-09-21 麗嘉科技


人腦的記憶存儲容量有多大?這是一個老話題了。

根據此前的研究,有科學家認為人腦的存儲容量大約為1TB,不過也有科學家認為應該有100TB。

人腦雖然不是自然界中最大的,但卻是最發達的。在所有哺乳動物中,人腦佔身體的比例最大。人腦雖然只佔了身體重量的2%,卻消耗著20%的能量。在人類的進化史中,人類的腦容量一直在增加,現在已經接近1500毫升了。

腦和大腦,所代表的含義是不同的。大腦只是腦人腦的一部分。腦是思維意識的本體,位於顱腔內,大腦只是腦的一部分,此外還包括間腦、小腦和腦幹。

大腦是中樞神經系統中最高級的部分,具有存儲處理信息的能力,運動、感覺、語言和情緒都是由它處理的。可以分為左右兩個半球,半球之間通過神經纖維相連。而大腦皮層則是大腦中最發達的部分,大部分高級思維活動都是由它負責。

神經元的數量的對應著著腦的能力。研究發現,人腦大約包含了860億個神經細胞,其中大腦皮層就佔了140億個神經細胞。

神經細胞又叫做神經元,它是神經系統最基本的功能和結構單位。這些神經元就像計算機中的門電路,是基本的邏輯單元,它們複雜的連接在一起,而且是大規模串並聯,最終和神經膠質細胞一起構成人腦這一複雜的中樞神經系統。

神經元由細胞體和突起兩部分組成,其中突起又分為軸突或樹突。樹突像樹根一樣有很多分支,但是很短;軸突則細而長,分支少。樹突的作用是接收軸突傳來的信號。軸突的作用則是接受各種外來刺激信號,人類各種各樣的感覺就來源於軸突延伸出來的神經末梢,這些神經末梢會與各種感受器(比如熱覺感受器)連接在一起。

神經元和神經元之間的連接部分叫突觸,它們就如同計算機中的電晶體,可以控制信號的輸入輸出。這些突觸是由軸突末梢各分支的突觸小體與細胞體、樹突相連接形成的,負責神經遞質的存儲和釋放。神經遞質(比如乙醯膽鹼)是腦中傳遞信息的基本化學物質。

研究顯示,每對神經元之間大約存在1000個突觸。860億個神經元和1000個突出相乘,可以大概計算出,人腦潛在的存儲能力高達86TB。

為什麼說是潛在呢?因為人腦雖然擁有眾多的神經元,但並非都可以用來存儲信息,腦中各個區域具有不同的分工。我們目前尚未完全弄清人腦的運轉機制,所以理論值可能並沒有這麼高。

計算機中的信息是按照二進位一板一眼的存儲在存儲器中,不過人腦的存儲機制和計算機中有所區別,人屬於模糊記憶,我們很難記住事物的細節就是這個原因導致的。因為大腦的數據處理能力有限,會對這些離散化的信息會進行權重分配,細節往往就被忽略掉了。人工神經網絡就類似於這種模型,通過對不同數據賦予不同的權重,進而實現模糊計算,用來模擬人腦非線性、非精確的數據處理能力。

人的記憶分為瞬時記憶、短期記憶和長期記憶。短期記憶會隨著反覆的刺激而變為長期記憶力,這種影響會表現在神經元間的突觸變化上。人的記憶會因為遺忘變得模糊,只有經常強化刺激(比如回想),記憶才能長久保持。現在人很少寫字,出現提筆忘字的現象,就是記憶出現了遺忘。人類記憶的遺忘規律可以參考艾賓浩斯記憶遺忘曲線。

學習就是一種反覆刺激腦神經的過程,可以加強神經元之間的信號連接強度,最終短期記憶變為長期記憶。不過,學習過的知識長時間不用也會忘記,長期記憶也並非能夠永遠存儲。而在大腦中,負責處理長期記憶的區域位於海馬區(下圖綠色部分)。

記憶是智力的基石,一個記憶力強的人,智力通常也比較強。可以肯定,人腦的記憶潛能很大,只要是智力正常的人,通過長期反覆的學習,多學多用,一定能成為一個博學多識的人。

如果將一個圖書館中的內容都裝進腦中,用處也不大,因為數據太多反而會拖累讀取速度,我們需要的是在理解的基礎上建立更有效的神經連接通路。

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