uczenie się

Mózg w liczbach

Jakie znaczenie mają liczby neuronów? Ile bitów informacji mieści się w mózgu? Co oznacza to dla procesów uczenia się? Co możemy w ogóle policzyć?

Mózg składa się z komórek nerwowych, łączących je włókien i wpierających je komórek glejowych.
Liczba neuronów w korze mózgowej to 19,3 miliarda u Kobiet, 22,8 miliarda u mężczyzn. Różnica 16% wynika z różnic w wielkości mózgów kobiet i mężczyzn i nie towarzyszą temu żadne różnice w sprawności. Choć można się pokusić o stwierdzenie, że mężczyźni mają mózgi większe a kobiety mózgi wydajniejsze po prostu.

• Liczba neuronów wynosi 10 do 10 potęgi.
• Każdy neuron może łączyć się z 10 000 neuronów.

Liczba możliwych połączeń będzie zatem wynosić 10 do 10 x 10 do 4 = 10 do 14. Zatem to włókna zajmują w naszym mózgu największą powierzchnię (objętościowo)- 100 000 000 000 000 milionów połączeń wewnętrznych.

Grube włókna przesyłają informację szybciej- 30-40 razy szybciej niż cienkie.

Dopiero te duże szybkości pozwalają optymalnie wykorzystać połączenia i umożliwiają włączenie dużych obszarów mózgu w proces przetwarzania informacji.

Od każdego oka do mózgu biegnie gruba wiązka włókien (ok. 1 milion). Z każdego ucha dochodzi tylko parę tysięcy włókien
Jeżeli dodamy resztę ze skóry, ust i nosa razem wyjdzie około 2,5 miliona włókien.

Ile dociera do naszego mózgu?

Każdy pojedynczy impuls to bit informacji
1 neuron potrafi wygenerować 300 impulsów/sec

Ile nasz mózg potrafi przetworzyć informacji w ciągu 1 sekundy?

2, 5 miliona x 300 bitów = 750 milionów bitów
8 bitów=1 bajt
Milion bitów= 1 mega

Do naszego mózgu dociera blisko 100 megabajtów informacji na sekundę. Są one przetwarzane i w większości wychodzą kolejnymi włóknami sterując naszym zachowaniem. Je również można policzyć. Liczba wyładowań w neuronie to maks 300 impulsów/sec- z mózgu wychodzi 450 milinów bitów/sec (50 megabajtów)

Czego więc dokonuje nasz mózg?

Przekształca wejście rzędu 100 MB/s w wyjście rzędu 50 MB/s

PRAWDA czy MIT?

U dorosłych ludzi nie powstają nowe komórki nerwowe.

MIT powielany przez wielu ludzi, również naukowców został pierwszy raz obalony w latach sześćdziesiątych XX wieku, kiedy Joseph Altman i jego kolega Gopal Das z MIT wykorzystując nową technikę oznaczania dzielących się komórek, odkryli nowe komórki nerwowe w hipokampie, opuszce węchowej oraz w korze mózgowej badanych szczurów, kotów i świnek morskich. Niestety odkrycie zostało zignorowane.

15 lat pózniej Michael Kaplan ulepszył metodę i dostarczył kolejnych dowodów na neurogenezę w dojrzałym układzie nerwowym.

W latach osiemdziesiątych XX wieku Fernand Nottebohm i jego współpracownicy wykazali, że wielkość związanych ze śpiewem regionów w mózgu dorosłych samców kanarków fluktuuje wraz z porami roku – co zinterpretowali jako znak, że kiedy trzeba było uczyć się piosenek bo przychodził okres godowy- wzrastała też liczba nowych neuronów w tej części mózgu.

Dogmat trzymał się mocno bo wątpiono w zastosowanie ich wyników u ludzi. Przeprowadzono badania na dojrzałych rezusach, które nie wykazały żadnych dowodów na istnienie podobnych procesów u istot o bardziej złożonych mózgach, podobnych do ludzkich. Przeprowadził je w połowie lat osiemdziesiątych Pasko Rakic z Yale- wybitny uczony i były prezes Society for Neuroscience.

Dzięki rozwojowi i doskonaleniu technik oznaczania dzielących się komórek w latach dziewięćdziesiątych XX wieku najpierw Elizabeth Gould w Princeton znalazła nowe neurony u makaków, a więc już blisko spokrewnionych z ludźmi, a potem Peter Eriksson uzyskał zgodę od 5 pacjentów onkologicznych (którzy mieli do badania ich nowotworu wstrzykiwany znacznik stosowany również w badaniach nad neurogenezą) na pośmiertne zbadanie ich hipokampów. Nowe neurony znaleziono u wszystkich 5 pacjentów, co potwierdziło, że neurogeneza musiała nastąpić po wstrzyknięciu znacznika.

Ponieważ badania na ludziach nie były możliwe- kto by dał za życia pokroić swój mózg w imię nauki- pomysłowe badania były na wagę złota!

Jednym z nich było badanie opublikowane w 2013 roku:

Kirst Spalding z Karolinksa Institute w Szwecji i jej współpracownicy wykorzystali fakt, że zimnowojenne próby broni jądrowej, przeprowadzone w latach 1955-1963, zwiększyły poziom izotopu węgla 14C w atmosferze, którego stężenie jest zapisywane w DNA naszych komórek przy każdym podziale. Dzięki podarowanym nauce pośmiertnie mózgom naukowcy wykorzystali badanie poziomu 14C w DNA komórkowym do oceny wieku neuronów i innych nieneuronowych komórek nerwowych w układzie zębatym hipokampa. Analizy wykazały, że w dorosłym hipokamie tworzy się około 700 nowych neuronów dziennie. Proces ten tylko nieznacznie spowalnia z wiekiem.

Neurogeneza to proces, nie zdarzenie”- tak napisał Fred Gage w 2003 roku.

Obecnie naukowcy są zgodni, że nowe neurony tworzą się w dwóch obszarach dojrzałego mózgowia ssaków ( w tym ludzi):

• w zakręcie zębatym hipokampa

• w sąsiedztwie komór bocznych, które stanowią część systemu jam mózgowych wypełnionych płynem mózgowo-rdzeniowym.

Neurony z komór migrują do opuszki węchowej, aby tam upodobnić się do istniejących neuronów.

ALE… Tajemnice pozostają…

Laboratorium Elizabeth Goud wykazało, że nowe nowe neurony tworzą się również w korze czołowej. Jednak badania Rakica pokazały negatywne wyniki.

Komórki macierzyste choć można pobierać z różnych obszarów mózgu- tylko te z komór i hipokapma dają początek nowym neuronom.

Czy neurogeneza w dojrzałym mózgu ma znaczenie funkcjonalne? JESZCZE NIE WIADOMO.

Doświadczenia na szczurach pokazały, że znaczenie w neurogenezie mają czynniki środowiskowe- w mózgu szczura biegającego w kołowrotku powstaje co najmniej dwa razy więcej neuronów w porównaniu ze szczurem prowadzącym „siedzący” tryb życia.

Neurogenezę nasila również wzbogacone środowisko, które stwarza więcej okazji do uczenia się przestrzennego i asocjacyjnego, utrzymywania kontaktów społecznych i zabawy. Inne badania również wykazały, że tylko trudne zadania, wymagające uczenia się, chronią przetrwanie nowych neuronów, zapewniając, że nawet u starszych szczurów zintegrują się one funkcjonalnie z mózgiem.

Jeszcze w innych badaniach okazało się, że hamowanie neurogenezy u szczurów pogarsza ich wyniki w testach pamięci długotrwałej.

Jednak dalej nie wiemy jak tak naprawdę te nowe komórki wspomagają uczenie się.

Ale co mogą robić w takim razie? Jest kilka doniesień!

• Możliwe, że datują nowe wspomnienia.

• Możliwe, że nowe neurony odgrywają rolę w tak zwanej separacji wzorców, czyli naszej zdolności do rozróżniania kontekstów, która przeciwdziała nadmiernym uogólnieniom. Możliwe, że stymulacja neurogenezy pomaga pacjentom, którzy biorą leki przeciwdepresyjne i przeciwlękowe unikać dopatrywania się zagrożenia w bezpiecznych sytuacjach, przypominających dawne niebezpieczne wydarzenia.
• Być może długotrwałe zażywanie leków przeciwdepresyjnych wpływa na neurogenezę.

Euforię i nadzieję związaną z powstawaniem nowych komórek nerwowych mocno obniża badanie z 2011 roku, które potwierdza migrację neuronalnych komórek macierzystych z komór bocznych do opuszki węchowej u dzieci poniżej 18 miesiąca życia, ale niestety zaobserwowano, że oba te strumienie uległy radykalnemu spowolnieniu u starszych dzieci i praktycznie zanikały u dorosłych.

Nie wiemy czy możemy wykorzystywać neurogenezę w dojrzałym wieku do leczenia uszkodzeń i chorób mózgu. Nie wiemy czy można zwiększać dzięki niej wydajność zdrowych mózgów. Nie wiadomo jeszcze czy neurogeneza pomoże leczyć czy jednak jest tylko ewolucyjnym reliktem.

Na liczbę neuronów ma także wpływ wiek. Zbadano, że od narodzin do śmierci tracimy około 10% ogólnej liczby neuronów. Liczby te dotyczą kory, pomijają neurony podkorowe oraz znajdujące się w móżdżku gdzie znajduje się ich ponad 100 miliardów.

Mały móżdżek może zawierać więcej neuronów niż duży mózg.
Jeżeli chcesz obliczyć ilość swoich komórek nerwowych podsuwam wzór- śmiało korzystaj!

Co z tych liczb wynika dla procesu uczenia się?

• Wszyscy mamy podobną ilość neuronów. To, co nas będzie wyróżniać i wpływać na nasze zdolności i efekty to liczba i siła połączeń między komórkami nerwowymi.
• Silniejsze połączenia zwiększają szanse na lepsze wyniki uczenia się.
• Najwięcej bodźców dopływa do mózgu z oczu- dlatego warto wykorzystywać drugi kanał kodowania informacji- do werbalnego dołóż wizualny- zwiększysz, rozszerzysz szlaki podążania impulsów po mózgu.
• Jeżeli mózg przekształca wejście rzędu 100 MB/s w wyjście rzędu 50 MB/s to świadome, celowe kierowanie uwagą pozwoli na dostarczanie do mózgu precyzyjnych i potrzebnych informacji.

W następnym wpisie o uwadze powiem więcej.

Pozdrawiam! M.

BIBLIOGRAFIA:

• C.Jarret, Mózg 41 największych mitów, Wyd. PWN
• M.Spitzer, Jak uczy się mózg, Wyd. Naukowe PWN

Zostań Patronem bloga

Czy znasz Patronite.pl? Dołączyłam do grona Autorów (twórców) i chciałabym zarekomendować Ci mój profil!

Dołączając do tej  wyjątkowej społeczności, zyskujesz dostęp do specjalnych nagród i bliższej relacji ze wspieranym Twórcą!  Sam też możesz stać się Twórcą na tej platformie. Ja zaczynałam właśnie od roli Patrona projektu, który wspieram do dziś.

Celem tej niezwykłej platformy crowdfundingowej jest  łączenie twórców z osobami, które chcą ich wesprzeć nie tylko „lajkiem” czy „łapką w górę”, ale również w formie regularnej, finansowej wpłaty! Dzięki wsparciu, Autorzy zyskują niesamowite możliwość rozwoju, przy zachowaniu pełnej niezależności – a Patroni stają się współtwórcami, mając swój realny udział w rozwijaniu kanałów, podcastów, fundacji czy inicjatyw. 

Patron bierze Autora pod swoje finansowe skrzydła, regularnie, co miesiąc wspierając jego rozwój. Opiekuje się twórczością, może wpływać na jego działania. Przygotowałam zróżnicowane opcje wsparcia, aby chęć współpracy ze mną nie zależała za bardzo od portfela.

Moi patroni są dla mnie wyrazem głębokiego zaangażowania. Wiem,że cenią moją pracę na tyle, że są gotowi raz w miesiącu zrezygnować z ulubionej kawy by dać mi zastrzyk motywacji i energii do tworzenia.

Dzięki ich wsparciu mogę rezlizować działania, które inaczej nie byłyby możliwe.

Dlaczego dołączyłam do tej społeczności?

• chce wiedzieć komu bardzo zależy na mojej pracy, kto chce z niej czerpać więcej
• lubie nawiązywać bliskie relacje z takimi osobami
• szkolenia, dostęp do materiałów, książki, notesy do ćwiczeń, markery, sprzęt graficzny pochłaniają konkretne wydatki, które nie tanieją niestety a szybko się zużywają
• nie chcę umieszczać reklam na blogu  a obsługa strony nie jest darmowa
• niechętna jestem też sponsorskim umowom
• potrzebuję niezależności a dużo mogę dać wzamian:)

Zajrzyj. Poczytaj. Sam/a oceń czy warto.

Mój profil na Patronite: https://patronite.pl/milenaciesla-umyslnie