Информационная емкость мозга человека

На примере обсужденной  возможной неразличимости некоторых  конфигураций связей между нейронами, видим, что, в принципе, возможны какие-то уточнения оценки информационной емкости  мозга. Но в этом уточнении (размером в десятки процентов) нет особого  смысла, поскольку экспериментальные  оценки количественных характеристик  мозга имеют разброс в разы (в сотни процентов).

Так, некоторые источники  утверждают, что N – количество нейронов в головном мозге человека – намного  больше, чем 15 миллиардов – до 100 миллиардов ([4]). И каждый из них может иметь  до 20 000 связей с другими нейронами, что увеличивает расчетную информационную емкость мозга W ≈ 300*1012 байт (300 терабайт), вычисленную в соответствии с  нашими допущениями, примерно в 12 раз. К тому же, как мы увидим позже, следует  непременно учитывать различие логических весов связей между нейронами, что  увеличит вычисленную нами при N = 15*109 и L = 10 000 информационную емкость мозга  до 500*1012 байт или даже больше.

Так что не будем ничего уточнять, а примем пока, что информационная емкость каждого из 15 миллиардов нейронов составляет 20 Кбайт. Иначе, если мы начнем уточнять, то утонем в деталях. Придется говорить и о пороге чувствительности входов различных нейронов, и об изменении этого порога в зависимости  от различных обстоятельств, как  внутренних, так и внешних. А также  и о других деталях, пусть даже очень существенных. А такое отклонение от главной темы не будет способствовать пониманию нами сути работы нашего мозга.

Мы подсчитали количество состояний мозга, различающихся  конфигурациями связей между нейронами. Поэтому, даже если запоминание в  мозге происходит не за счет установления связей между нейронами (а за счет чего-то другого, что сомнительно), информационная емкость мозга не меньше подсчитанной нами выше, вытекающей из количества различимых состояний мозга (количества возможных  конфигураций связей между нейронами). Эти состояния мозга различаются, тем самым несут информацию, хотя мы можем и не знать, как извлечь и воспользоваться этой информацией.

Конечно, можно сказать, что  сама по себе некоторая конфигурация связей между нейронами мозга  в информационном смысле подобна  конфигурации контактов между отдельными песчинками в куче песка, то есть, совершенно бессмысленна и бесполезна. Лишь тогда  можно будет сказать, что в  конфигурации связей нейронов содержится полезная для организма информация, когда будет показано, что существуют механизмы записи (фиксации), чтения (воспроизведения) и использования  этой информации (фиксируемой в виде определенной конфигурации связей между  нейронами мозга в нашем случае). Еще лучше, если эти механизмы  будут известны и промоделированы. Эти механизмы записи, воспроизведения  и полезности описаны в последующих  главах.

Подтверждением того, что  связи между нейронами действительно  содержат актуальную информацию, является экспериментальный факт, состоящий  в том, что через межнейронные связи нейроны возбуждают друг друга, так что сигнал (мысль, раздражение) проходит по тому или иному пути, определяемому конфигурацией связей между нейронами. Это и есть прямое доказательство того, что в конфигурации связей между нейронами отображена информация. Причем эта информация совершенно точно задействована  в функционировании организма –  путь прохождения сигнала через  ту или иную цепочку связанных  нейронов, вне всякого сомнения, самым существенным образом влияет на функционирование организма. Поскольку  возбужденные на том или ином участке  траектории сигнала нейроны в  конечном итоге управляют соответствующими мышцами и подсистемами-органами. В свете сказанного становится очевидным, что в конфигурации межнейронных связей отображена (зафиксирована) жизненно важная информация, проявляющаяся (считывающаяся) в момент прохождения сигнала  по той или иной цепочке нейронов (в зависимости от конфигурации возбуждающих сигналов).

Другое дело, что на сегодня  пока неизвестно, как эта информация отображается, записывается (фиксируется), каков механизм прокладывания связей между нейронами. Ниже, в главах «Эволюция  организмов», «Мозг – орган предвидения» и «Принципы функционирования мозга» мы опишем (представим) возможный способ возникновения таких связей между  нейронами, то есть, покажем, каким именно образом может фиксироваться  жизненно важная для организма информация в связях между нейронами.

Некоторое представление  о принципах установления связей между парами нейронов мы можем получить чисто логически, исходя из самых  общих соображений. Поскольку связи  парные, то есть, каждая связь соединяет  только два нейрона, то для установления этой связи имеет значение только состояние именно этих двух нейронов (при условии, что эта связь  возможна, то есть, существует физическая возможность установления такой  связи; скажем, геометрия расположения нейронов допускает образование  этой связи).

Рассмотрим пример. Пусть  в мозге между несколькими  нейронами (A, B, C, D, E, R), отображающими  следующие объекты-события внешнего мира:

А = на улице А состоялась, D = демонстрация,

В = на улице В состоялась, E = прогулка слона,

С = на улице С состоялась, R = церемония старта ралли,

в принципе, могут установиться такие связи, отвечающие реальности:

AD, AE, AR,

BD, BE, BR,

CD, CE, CR.

И не могут установиться связи AB, AC, BC, DE, DR, ER (хотя возможны связи между  другими проекциями этих событий).

Пусть в какой-то момент времени  устанавливается одна из возможных  связей, отображающая реальную связь  между событиями, имеющими место  в данный момент, скажем,

АЕ = (на улице А состоялась) (прогулка слона).

То есть, в тот момент, когда одновременно были возбуждены два нейрона, отображающие события А и Е, между ними установилась связь. Тогда как другие допустимые, возможные связи, не установились, поскольку не было такого составного события, чтобы одновременно были возбуждены А и R, или А и D, В и D и так далее. Из этого рассмотрения делаем предварительный вывод, что из принципиально возможных связей между двумя нейронами устанавливаются только те, и только в тот момент, когда оба эти нейрона возбуждены. Иначе очень быстро (при первых же возбуждениях нейронов, или даже, вообще, без возбуждения) установились бы все допустимые по географическому расположению нейронов связи (но в подавляющем большинстве своем не отражающие реальных событий), и, тем самым, связи уже не несли бы в себе информации, отображающей действительность.

Можно утверждать, что связи  между нейронами являются главным  носителем информации, накопленной  в мозге человека. Этот вывод вытекает уже из того факта, что любая возможность, любой механизм требует каких-то ресурсов, затрат. Ресурсы организма  вполне ограничены, а ему для успешного  своего функционирования необходимо иметь  самые разные возможности. И, если какая-то функция – возможность в организме  уже реализована, то при попытке  дублирования этой функции у организма может уже не хватить ресурсов на другие возможности. Поэтому в организме, как и в любой самоорганизующейся системе, устанавливается баланс между затратами и полученными (имеющимися) возможностями (выгодами, полезностью). А поскольку на нейроны человеческого мозга и связи между ними затрачено около 1.5 кг, что составляет не менее 1.5% массы человека, то на другие виды памяти (на дублирование функции памяти) у организма уже просто нет ресурсов. Остальная масса человеческого организма (кроме 1.5 кг мозга) пошла на реализацию других систем жизнеобеспечения: движения, энергоснабжения (питания), доставки питательных веществ к различным системам организма и отвода от них использованных веществ, терморегулирования и т.д.