Échelle du Cerveau humain

Le cerveau compte environ 1011 neurones et 1,8-3,2 x 101 syn synapses. Ceux-ci représentent probablement la majorité des comportements intéressants sur le plan informatique.

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Nombre de neurones dans le cerveau

Le nombre de neurones dans le cerveau est d’environ 1011. Par exemple, Azevado et al les ont comptés physiquement et ont trouvé 0.6-1 * 1011 . Eric Chudler a recueilli des estimations à partir d’une gamme de manuels, qui estiment que 1 à 2 x 101⁰ de ceux-ci (10% à 30%) se trouvent dans le cortex cérébral.1

Nombre de synapses dans le cerveau

Le nombre de synapses dans le cerveau est connu beaucoup moins précisément, mais est probablement d’environ 101⁴. Par exemple Human-memory.net rapports 101 syn–101 syn (100 – 1000 billions) synapses dans le cerveau, sans citation ni explication. Wikipedia dit que le cerveau contient 100 milliards de neurones, avec 7 000 connexions synaptiques chacune, pour 7 x 101 syn synapses au total, mais cela semble peut-être erroné.2

Nombre de synapses dans le néocortex

Une façon d’estimer le nombre de synapses dans le cerveau consiste à extrapoler à partir du nombre dans le néocortex. Selon des études stéréologiques que nous n’avons pas étudiées, il y a environ 1,4 x 101 syn synapses dans le néocortex.3 Ceci est à peu près cohérent avec le résumé des manuels d’Eric Chudler, qui donne des estimations entre 0,6-2,4 x 101⁴ pour le nombre de synapses dans le cortex cérébral.4

Nous ne connaissons pas d’estimations convaincantes pour la densité synaptique en dehors du cortex cérébral, et notre impression est que les estimations largement rapportées de 101⁴ sont dérivées de l’hypothèse que le néocortex contient la majeure partie des synapses dans le cerveau. Cela semble plausible compte tenu du volume important du néocortex, malgré le fait qu’il contient une minorité des neurones du cerveau. En volume, environ 80% du cerveau humain est néocortex.5 Le néocortex consomme également environ 44% de l’énergie totale du cerveau, ce qui peut être un autre indicateur raisonnable de la fraction de synapses qu’il contient.6 Donc, notre hypothèse est que le nombre de synapses dans tout le cerveau est quelque part entre 1,3 et 2,3 fois le nombre dans le cortex cérébral. D’en haut, le cortex cérébral contient environ 1,4 x 101 syn synapses, ce qui nous donne 1,8-3,2 x 101 total synapses totales.

Nombre de synapses par neurone

Le nombre de synapses par neurone varie considérablement. Selon Wikipedia, la majorité des neurones sont des cellules granulaires du cervelet, qui n’ont qu’une poignée de synapses, tandis que les statistiques ci-dessus suggèrent que le neurone moyen a environ 1 000 synapses. Les cellules de Purkinje ont jusqu’à 200 000 synapses.7

Nombre de cellules gliales dans le cerveau

Article principal: Signalisation gliale

L’enquête susmentionnée d’Azevado et al trouve environ 1011 cellules gliales (le même que le nombre de neurones).

Pertinence des cellules autres que les neurones pour les calculs dans le cerveau

Article principal: Signalisation gliale

Il semble que les échelles de temps de la dynamique gliale soient sensiblement plus longues que pour la dynamique des neurones. Sandberg et Bostrom écrivent: « Cependant, les constantes de temps de la dynamique du calcium glial sont généralement beaucoup plus lentes que la dynamique des potentiels d’action (de l’ordre de quelques secondes ou plus), ce qui suggère que la résolution temporelle ne devrait pas être aussi fine” (p. 36). Cela suggère que le rôle de calcul des cellules gliales n’est pas trop important. Les références à un nombre beaucoup plus important de cellules gliales semblent être courantes, mais nous n’avons pas pu trouver de recherche empirique à l’appui de ces affirmations. Un billet de blog informel suggère qu’une affirmation commune selon laquelle il y a dix fois plus de cellules gliales que de neurones peut être un mythe populaire.

Nous ne sommes pas au courant de suggestions sérieuses selon lesquelles des cellules autres que les neurones ou la glie jouent un rôle significatif sur le plan informatique dans le fonctionnement du cerveau.

1. Nombre total de neurones dans le cortex cérébral = 10 milliards (d’après G.M. Shepherd, L’organisation synaptique du Cerveau, 1998, p. 6). Cependant, C. Koch énumère le nombre total de neurones dans le cortex cérébral à 20 milliards (Biophysique du calcul. Traitement de l’information dans les Neurones simples, New York: Oxford Univ. Presse, 1999, page 87).
2. « Le cerveau humain a un grand nombre de synapses. Chacun des 1011 (cent milliards) neurones a en moyenne 7 000 connexions synaptiques à d’autres neurones. Il a été estimé que le cerveau d’un enfant de trois ans a environ 101 syn synapses (1 quadrillion). Ce nombre diminue avec l’âge et se stabilise à l’âge adulte. Les estimations varient pour un adulte, allant de 101 syn à 5 x 101 syn synapses (100 à 500 billions). » Wikipedia consulté le 13 avril 15, citant « Avons-nous du cerveau à épargner? ». Neurologie 64 (12): 2004-5. Nous n’avons pas accédé à la plupart des articles de Drachman, mais il est au moins dit « Dans le litre et demi de cerveau humain, les études stéréologiques estiment qu’il y a environ 20 milliards de neurones néocorticaux, avec une moyenne de 7 000 connexions synaptiques chacune”. Cela suggère que la page Wikipedia se trompe en attribuant les 7 000 connexions synaptiques par neurone au cerveau en général au lieu du néocortex.
3. « Dans le litre et demi de cerveau humain, les études stéréologiques estiment qu’il y a environ 20 milliards de neurones néocorticaux, avec une moyenne de 7 000 connexions synaptiques chacune”. »Avons-nous du cerveau à épargner? ». Neurologie 64 (12): 2004-5.
4. « Nombre de synapses dans le cortex = 0,15 quadrillion (Pakkenberg et al., 1997; 2003) numberNombre total de synapses dans le cortex cérébral = 60 billions (oui, billions) (de G.M. Shepherd, L’organisation synaptique du Cerveau, 1998, p. 6). Cependant, C. Koch répertorie le total des synapses dans le cortex cérébral à 240 billions (Biophysique du calcul. Traitement de l’information dans les Neurones simples, New York: Oxford Univ. Presse, 1999, page 87). »- Chudler, Brain facts and figures
5. Dunbar fait référence à des mesures anatomiques de 1981 et écrit « Avec un volume néocortical de 1006,5 cc et un volume cérébral total de 1251,8 cc (Stephan et al. 1981), le rapport néocortex pour l’homme est CR = 4,1.” (p. 682).
6. « Ainsi, le néocortex représente 44% de la consommation globale du cerveau. »Lennie, 2003 (p. 495)
7. « Nombre de synapses effectuées sur une cellule de Purkinje = jusqu’à 200 000 » – Chudler, Brain facts and figures