Scala del cervello umano

Il cervello ha circa 1011 neuroni e 1,8-3,2 x 101 syn sinapsi. Questi probabilmente rappresentano la maggior parte del comportamento computazionalmente interessante.

Supporto

Numero di neuroni nel cervello

Il numero di neuroni nel cervello è di circa 1011. Ad esempio, Azevado et al li hanno contati fisicamente e trovati 0.6-1 * 1011. Eric Chudler ha raccolto stime da una serie di libri di testo, che stimano 1-2 x 101 these di questi (10% -30%) sono nella corteccia cerebrale.1

Numero di sinapsi nel cervello

Il numero di sinapsi nel cervello è noto molto meno precisamente, ma è probabilmente di circa 101⁴. Per esempio Human-memory.net rapporti 101 syn-101 syn (100-1000 trilioni) sinapsi nel cervello, senza citazione o spiegazione. Wikipedia dice che il cervello contiene 100 miliardi di neuroni, con 7.000 connessioni sinaptiche ciascuna, per 7 x 101 syn sinapsi in totale, ma questo sembra forse in errore.2

Numero di sinapsi nella neocorteccia

Un modo per stimare il numero di sinapsi nel cervello è quello di estrapolare dal numero nella neocorteccia. Secondo studi stereologici che non abbiamo studiato, ci sono circa 1,4 x 101 syn sinapsi nella neocorteccia.3 Questo è approssimativamente coerente con il riassunto dei libri di testo di Eric Chudler, che fornisce stime tra 0,6-2,4 x 101 x per il numero di sinapsi nella corteccia cerebrale.4

Non siamo a conoscenza di stime convincenti per la densità sinaptica al di fuori della corteccia cerebrale, e la nostra impressione è che le stime ampiamente riportate di 101⁴ derivino dal presupposto che la neocorteccia contenga la grande massa di sinapsi nel cervello. Questo sembra plausibile dato il grande volume della neocorteccia, nonostante il fatto che contenga una minoranza dei neuroni del cervello. In volume, circa l ‘ 80% del cervello umano è neocorteccia.5 La neocorteccia consuma anche circa il 44% dell’energia totale del cervello, che può essere un altro indicatore ragionevole della frazione di sinapsi in contiene.6 Quindi la nostra ipotesi è che il numero di sinapsi nell’intero cervello sia da qualche parte tra 1,3 e 2,3 volte il numero nella corteccia cerebrale. Dall’alto, la corteccia cerebrale contiene circa 1,4 x 101 syn sinapsi, quindi questo ci dà 1,8-3,2 x 101 syn sinapsi totali.

Numero di sinapsi per neurone

Il numero di sinapsi per neurone varia considerevolmente. Secondo Wikipedia, la maggior parte dei neuroni sono cellule granulari del cervelletto, che hanno solo una manciata di sinapsi, mentre le statistiche sopra suggeriscono che il neurone medio ha circa 1.000 sinapsi. Le cellule di Purkinje hanno fino a 200.000 sinapsi.7

Numero di cellule gliali nel cervello

Articolo principale: Segnalazione gliale

Azevado et al ricerca di cui sopra trova circa 1011 cellule gliali (lo stesso del numero di neuroni).

Rilevanza di cellule diverse dai neuroni per i calcoli nel cervello

Articolo principale: Segnalazione gliale

Sembra che i tempi della dinamica gliale siano sostanzialmente più lunghi rispetto alla dinamica dei neuroni. Sandberg e Bostrom scrivono: “Tuttavia, le costanti di tempo per la dinamica del calcio gliale sono generalmente molto più lente della dinamica dei potenziali d’azione (nell’ordine dei secondi o più), suggerendo che la risoluzione temporale non dovrebbe essere così fine” (p. 36). Ciò suggerisce che il ruolo computazionale delle cellule gliali non è troppo grande. I riferimenti a un numero molto maggiore di cellule gliali sembrano essere comuni, ma non siamo stati in grado di rintracciare alcuna ricerca empirica a sostegno di queste affermazioni. Un post sul blog informale suggerisce che un’affermazione comune secondo cui ci sono dieci volte più cellule gliali dei neuroni potrebbe essere un mito popolare.

Non siamo a conoscenza di seri suggerimenti che le cellule diverse dai neuroni o dalla glia svolgono un ruolo computazionalmente significativo nel funzionamento del cervello.

1. Numero totale di neuroni nella corteccia cerebrale = 10 miliardi ( da GM Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain, 1998, p. 6). Tuttavia, C. Koch elenca il numero totale di neuroni nella corteccia cerebrale a 20 miliardi (Biofisica del calcolo. Elaborazione delle informazioni in singoli neuroni, New York: Oxford Univ. Press, 1999, pagina 87).
2. ” Il cervello umano ha un numero enorme di sinapsi. Ciascuno dei 1011 (cento miliardi) neuroni ha in media 7.000 connessioni sinaptiche ad altri neuroni. È stato stimato che il cervello di un bambino di tre anni ha circa 101 syn sinapsi (1 quadrilione). Questo numero diminuisce con l’età, stabilizzandosi dall’età adulta. Le stime variano per un adulto, che vanno da 101 syn a 5 x 101 syn sinapsi (da 100 a 500 trilioni).”Wikipedia accede 13 aprile’ 15, citando ” Abbiamo cervello da risparmiare?”. Neurologia 64 (12): 2004-5. Non abbiamo avuto accesso alla maggior parte della carta Dracman, ma almeno dice “Entro il litro e mezzo del cervello umano, studi stereologici stimano che ci siano circa 20 miliardi di neuroni neocorticali, con una media di 7.000 connessioni sinaptiche ciascuna”. Ciò suggerisce che la pagina di Wikipedia sbaglia nell’attribuire le 7.000 connessioni sinaptiche per neurone al cervello in generale invece della neocorteccia.
3. “All’interno del litro e mezzo di cervello umano, studi stereologici stimano che ci sono circa 20 miliardi di neuroni neocorticali, con una media di 7.000 connessioni sinaptiche ciascuno”.”Abbiamo cervello da risparmiare?”. Neurologia 64 (12): 2004-5.
4. “Numero di sinapsi nella corteccia = 0,15 quadrilioni (Pakkenberg et al., 1997; 2003) number

   number Numero totale di sinapsi nella corteccia cerebrale = 60 trilioni (sì, trilioni) (da G. M. Pastore, L’organizzazione sinaptica del cervello, 1998, p. 6). Tuttavia, C. Koch elenca le sinapsi totali nella corteccia cerebrale a 240 trilioni (Biofisica del calcolo. Elaborazione delle informazioni in singoli neuroni, New York: Oxford Univ. Press, 1999, pagina 87).”- Chudler, Brain facts and figures

5. Dunbar fa riferimento a misurazioni anatomiche del 1981 e scrive ” Con un volume neocorticale di 1006,5 cc e un volume cerebrale totale di 1251,8 cc (Stephan et al. 1981), il rapporto di neocorteccia per l’uomo è CR = 4.1.”(pag. 682).
6. “Pertanto, la neocorteccia rappresenta il 44% del consumo complessivo del cervello.”Lennie, 2003 (p. 495)
7. ” Numero di sinapsi fatte su una cellula di Purkinje = fino a 200.000 ” – Chudler, Brain facts and figures