skala av den mänskliga hjärnan

hjärnan har cirka 1011 neuroner och 1,8-3,2 X 101SI synapser. Dessa står förmodligen för majoriteten av beräkningsintressant beteende.

stöd

antal neuroner i hjärnan

antalet neuroner i hjärnan är cirka 1011. Till exempel, Azevado et al räknade dem fysiskt och hittade 0.6-1 * 1011. Eric Chudler har samlat uppskattningar från en rad läroböcker, som uppskattar 1-2 x 101⁰ av dessa (10% -30%) finns i hjärnbarken.1

antal synapser i hjärnan

antalet synapser i hjärnan är känt mycket mindre exakt, men är förmodligen cirka 101SI. Till exempel Human-memory.net rapporter 101-101 (100 – 1000 biljoner) synapser i hjärnan, utan citat eller förklaring. Wikipedia säger att hjärnan innehåller 100 miljarder neuroner, med 7000 synaptiska anslutningar vardera, för 7 x 101-synapser totalt, men det verkar eventuellt felaktigt.2

antal synapser i neocortex

ett sätt att uppskatta antalet synapser i hjärnan är att extrapolera från antalet i neocortex. Enligt stereologiska studier som vi inte har undersökt finns det cirka 1, 4 x 101-sidiga synapser i neocortex.3 Detta överensstämmer ungefär med Eric Chudlers sammanfattning av läroböcker, som ger uppskattningar mellan 0,6-2,4 x 101SI för antalet synapser i hjärnbarken.4

Vi är inte medvetna om övertygande uppskattningar för synaptisk densitet utanför hjärnbarken, och vårt intryck är att allmänt rapporterade uppskattningar av 101SI härrör från antagandet att neocortex innehåller den stora huvuddelen av synapser i hjärnan. Detta verkar troligt med tanke på den stora volymen av neocortex, trots att den innehåller en minoritet av hjärnans neuroner. I volym är cirka 80% av den mänskliga hjärnan neocortex.5 neocortex förbrukar också cirka 44% av hjärnans totala energi, vilket kan vara en annan rimlig indikator på fraktionen av synapser i innehåller.6 så vår gissning är att antalet synapser i hela hjärnan är någonstans mellan 1,3 och 2,3 gånger antalet i hjärnbarken. Från ovan innehåller hjärnbarken cirka 1, 4 x 101-sidiga synapser, så detta ger oss 1, 8-3, 2 x 101-sidiga synapser.

antal synapser per neuron

antalet synapser per neuron varierar avsevärt. Enligt Wikipedia är majoriteten av neuroner cerebellumgranulceller, som bara har en handfull synapser, medan statistiken ovan tyder på att den genomsnittliga neuronen har cirka 1000 synapser. Purkinje-celler har upp till 200 000 synapser.7

antal gliaceller i hjärnan

Huvudartikel: Glial signalering

Azevado et al ovannämnda undersökning finner omkring 1011 gliaceller (samma som antalet neuroner).

relevans av andra celler än neuroner för beräkningar i hjärnan

Huvudartikel: Glial signalering

det verkar som om tidsskalorna för glialdynamik är väsentligt längre än för neurondynamik. Sandberg och Bostrom skriver:” men tidskonstanterna för glialkalciumdynamik är i allmänhet mycket långsammare än dynamiken i åtgärdspotentialer (i storleksordningen sekunder eller mer), vilket tyder på att tidsupplösningen inte skulle behöva vara lika bra ” (S. 36). Detta tyder på att beräkningsrollen för gliaceller inte är för stor. Hänvisningar till mycket större antal gliaceller verkar vara vanliga, men vi kunde inte spåra någon empirisk forskning som stöder dessa påståenden. Ett informellt blogginlägg tyder på att ett vanligt påstående att det finns tio gånger så många gliaceller som neuroner kan vara en populär myt.

Vi är inte medvetna om allvarliga förslag att andra celler än neuroner eller glia spelar en beräkningsmässigt viktig roll i hjärnans funktion.

1. Totalt antal neuroner i hjärnbarken = 10 miljarder (från G. M. Shepherd, hjärnans synaptiska organisation, 1998, s. 6). Men C. Koch listar det totala antalet neuroner i hjärnbarken på 20 miljarder (biofysik av beräkning. Informationsbehandling i enskilda neuroner, New York: Oxford Univ. Press, 1999, sidan 87).
2. ” den mänskliga hjärnan har ett stort antal synapser. Var och en av de 1011 (hundra miljarder) neuronerna har i genomsnitt 7000 synaptiska anslutningar till andra neuroner. Det har uppskattats att hjärnan hos ett treårigt barn har cirka 101 Al-synapser (1 quadrillion). Detta antal minskar med åldern och stabiliseras vid vuxen ålder. Uppskattningarna varierar för en vuxen, allt från 101se till 5 x 101se synapser (100 till 500 biljoner).”Wikipedia öppnade 13′ 15 April och citerade ” har vi hjärnan att spara?”. Neurologi 64 (12): 2004-5. Vi har inte tillgång till det mesta av Drachman-papperet, men det säger åtminstone ”inom liter och en halv av människans hjärna uppskattar stereologiska studier att det finns cirka 20 miljarder neokortiska neuroner, med i genomsnitt 7000 synaptiska anslutningar vardera”. Detta tyder på att Wikipedia-sidan felar i att tillskriva de 7000 synaptiska anslutningarna per neuron till hjärnan i stort istället för neocortex.
3. ”inom liter och en halv av den mänskliga hjärnan uppskattar stereologiska studier att det finns cirka 20 miljarder neokortiska neuroner, med i genomsnitt 7000 synaptiska anslutningar vardera”.”Har vi hjärnan att spara?”. Neurologi 64 (12): 2004-5.
4. ”antal synapser i cortex = 0,15 quadrillion (Pakkenberg et al., 1997; 2003)…

   …Totalt antal synapser i hjärnbarken = 60 biljoner (ja, biljoner) (från G. M. Shepherd, den synaptiska organisationen av hjärnan, 1998, s. 6). C. Koch listar emellertid de totala synapserna i hjärnbarken vid 240 biljoner (biofysik för beräkning. Informationsbehandling i enskilda neuroner, New York: Oxford Univ. Press, 1999, sidan 87).”- Chudler, Hjärnfakta och figurer

5. Dunbar refererar till anatomiska mätningar från 1981 och skriver ”med en neokortisk volym på 1006, 5 cc och en total hjärnvolym på 1251, 8 cc (Stephan et al. 1981) är neocortexförhållandet för människor CR = 4.1.”(s. 682).
6. ” således står neocortex för 44% av hjärnans totala konsumtion.”Lennie, 2003 (S. 495)
7. ” antal synapser gjorda på en Purkinje-cell = upp till 200 000 ” – Chudler, Hjärnfakta och siffror