索爾克生物研究所的研究人員上週報告稱，人類大腦的記憶儲存容量比之前認為的要大一個數量級。《研究結果》最近在eLife雜誌上詳細闡述，其意義不僅在於它揭示了儲存空間，更重要的是，它推動我們更好地理解資訊究竟是如何在我們的大腦中編碼的。
我們的大腦究竟能容納多少資訊是一個長期存在的問題。我們知道，人腦由大約1000億個神經元組成，每個神經元與至少1000個其他神經元相連，總共約100萬億個連線。我們也知道，這些連線或突觸的強度受經驗調節。當突觸兩側的兩個神經元同時活躍時，該突觸會變得更強；樹突棘（接收神經元上的天線）也會變大以支援增強的訊號強度。這些強度和大小的變化被認為是記憶的分子相關物。不同的天線大小通常與計算機程式碼的位進行比較，只是它們可以假設一系列值，而不是1和0。直到上週，科學家還不知道確切有多少個值。根據粗略的測量，他們只識別出三種：小、中和大。
但一個令人好奇的觀察結果促使索爾克團隊改進了這些測量方法。在重建大鼠海馬體（哺乳動物大腦中參與記憶儲存的區域）的過程中，他們注意到一些神經元會彼此形成兩個連線：一個神經元的軸突（或傳送電纜）會與同一相鄰神經元上的兩個樹突棘（或接收天線）連線，這表明重複的訊息正在從傳送者傳遞到接收者。由於兩個樹突都在接收相同的資訊，研究人員懷疑它們的大小和強度會相似。但他們也意識到，如果兩者之間存在顯著差異，則可能指向一個全新的複雜性層面。他們推斷，如果棘的形狀或大小不同，即使訊息來自同一個軸突，它們傳遞的訊息也會略有不同。
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因此，他們決定測量突觸對。果然，他們發現連線到同一訊號神經元軸突的樹突棘之間存在 8% 的大小差異。這種差異似乎很小，但當他們將該值代入他們的演算法時，他們計算出總共有 26 種獨特的突觸大小。更多的突觸大小意味著更大的資訊儲存容量，在這種情況下，這意味著海馬體的整體儲存容量比之前的三種大小模型所顯示的要大 10 倍。“這比我們之前知道的容量大一個數量級，”索爾克研究所的員工科學家和該研究的主要作者 Tom Bartol 說。
但是，如果我們的記憶容量如此之大，為什麼我們還會忘記事情呢？西北大學的記憶研究員 Paul Reber 說，因為容量實際上不是問題，他沒有參與這項研究，“任何對神經元數量的分析都會讓人感覺到人腦的巨大容量。但這無關緊要，因為我們的儲存過程比我們體驗世界的過程要慢。想象一下一個具有無限儲存容量的 iPod。即使您可以儲存有史以來寫過的每首歌，您仍然必須購買和上傳所有這些音樂，然後在您想播放它們時調出個別歌曲。”
Reber 說，幾乎不可能量化人腦中的資訊量，部分原因是它包含的資訊遠遠超出我們的意識：不僅有事實、面孔和可衡量的技能，還有基本功能，如如何說話和移動，以及更高階的功能，如如何感受和表達情感。“我們從世界中獲取的資訊遠多於‘我記得昨天發生了什麼？’”Reber 說。“我們仍然不真正知道如何從計算突觸強度擴充套件到繪製這些複雜過程。”
然而，索爾克研究所的研究讓我們更接近了。“他們完成了一項驚人的重建，”Reber 說。“它不僅大大增加了我們對記憶容量的理解，更重要的是增加了我們對記憶儲存實際複雜程度的理解。” 這些發現最終可能會為各種進步鋪平道路：例如，模仿人腦資料傳輸策略的更節能的計算機，或者更好地理解涉及突觸功能障礙的腦部疾病。
但首先，科學家們將不得不看看在海馬體中發現的模式是否適用於其他大腦區域。Bartol 的團隊已經在努力回答這個問題。他們希望繪製出神經元之間傳遞的化學物質，這些化學物質比可變突觸具有更大的儲存和傳輸資訊的能力。至於對全腦容量的精確測量，“我們還有很長的路要走，”Bartol 說。“大腦仍然為我們保留著更多、更多的謎團等待我們去發現。”
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