突触储存信息的容量是如何估算出来的？ 第1页

有两种较为重要的估计。

一、4.7 比特每突触

每个突触的 4.7 比特信息容量对应着 26 种突触强度^[1]。

在相关研究中，研究人员考察了用串行电子显微镜 (3DEM) 观测并建模的一块 6 微米长、6 微米宽、5 微米高的大鼠脑海马体的结构，其中包含 449 个突触、446 个轴突（236 个有效末端）、149 个树突。他们发现这块脑组织中的树突棘^[2]有不同的体积，从同一轴突接收信号的同一树突上成对的树突棘的接头部分具有基本相同的体积。

按照信号检测理论，信噪比为 1 （不同的信号强度在 69% 的测试中可以被区分，常用的模型）时，在上述体积变化范围内，可以区分的树突棘接头体积有 26 种，各自关联到不同的突触强度，可以存储约 4.7 比特信息。

在信噪比为 2 （不同的信号强度在 76% 的测试中可以被区分）时，可以区分的树突棘体积有 23 种，可以存储约 4.5 比特信息。

二、100 字节每突触

这是将 Talin 等蛋白质上可以反应机械力而改变折叠状态、折叠和不折叠均热力学稳定的位点视为开关、将这些蛋白质在细胞内参与组成的结构视为机械计算机时的粗略估计。一个 Talin 分子有 13 个可变位点，姑且认为其中 8 个可以用来存储 1 字节的信息，一个突触至少含有 100 个 Talin 分子，即可得到 100 字节每突触的概数^[3]。

这还没考虑其他带有这样的可变位点的蛋白质。

这个假说的优点是：可以轻易解释没有神经细胞的生物如何进行复杂计算、解释非神经细胞的细胞变化如何影响人的行为与性格，将各种能影响蛋白质结构的热力学自由能都引入作为生物计算的影响因素、给了生物极为巨大的混沌与随机性，并允许电子计算机模仿这机械计算机的底层结构。

这个假说的缺点是，这下真二极管了。

可以试试干扰 Talin 的结构或拆掉神经细胞里的细胞骨架、用人工物支撑之后其行为是否改变。

参考

1. ^ eLife 2015;4:e10778 DOI: 10.7554/eLife.10778
2. ^ 树突棘是树突膜突起形成的构造，中学生物课本所说的“突触后膜”的所在地，与其他神经元的轴突末梢组成突触。 树突棘的数量和形态可以迅速改变，是脑功能可塑性的基础之一。
3. ^ Goult Benjamin T. The Mechanical Basis of Memory – the MeshCODE Theory. Frontiers in Molecular Neuroscience. v14.2021.p21. https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fnmol.2021.592951 DOI=10.3389/fnmol.2021.592951