Das menschliche Gehirn verarbeitet Informationen mit bis zu 79 % Energieeffizienz und arbeitet nur 1,26-mal über dem theoretischen Landauer-Limit, so eine neue Studie, veröffentlicht in National Science Review von Ma und Guo von der Nanjing Universität für Luft- und Raumfahrt.
Die Forschung
Über traditionelle Modelle hinausgehend, die Gedächtnis und Berechnung als statische synaptische Zustände oder isolierte neuronale Aktionspotenziale betrachten, modellierte das Team lokale funktionale Schaltkreise als parametrisierte digitale neuronale Ensembles innerhalb einer mehrskaligen „neuralen Sphäre“. Ihr Rahmenwerk zeigt, dass Informationen in kollektiven raumzeitlichen elektrischen Mustern kodiert sind, die durch nichtlineare Dynamik, Chaos und Fraktaltheorie gesteuert werden.
Durch Simulation neuronaler Ensembles mit verschiedenen topologischen Verbindungen, anfänglichen Potenzialzuständen und neuronalen Skalen fanden die Forscher heraus, dass neuronale Populationen reiche periodische elektrophysiologische Aktivitäten erzeugen. Diese periodischen Potenzialwellenformen dienen als dynamische Informationsträger, anstatt dass Informationen in isolierten Synapsen oder einzelnen Neuronen gespeichert werden.
Die quantitativen Schätzungen der Studie sind bemerkenswert:
- Energieeffizienz: 79 % (1,26-faches des Landauer-Limits)
- Maximale Speicherkapazität: 7,48 × 10¹⁸ Bytes (etwa 7,5 Exabyte), etwa 1.000-mal höher als frühere Schätzungen
- Rechenleistung: Bis zu 6,24 × 10¹⁸ FLOPS, das entspricht 78.000 leistungsstarken GPUs
Im Gegensatz dazu überschreitet moderne Halbleiter-KI-Hardware das Landauer-Limit um den Faktor 1 Milliarde, was das immense Potenzial für die Optimierung neuromorpher Chips unterstreicht.
Warum es wichtig ist
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Effizienz Ihres Gehirns nicht nur auf einzelnen Neuronenfeuerungen beruht, sondern auf dynamischen Mustern elektrischer Aktivität über Netzwerke hinweg. Dies könnte erklären, warum das Gehirn komplexe Aufgaben wie Mustererkennung und Entscheidungsfindung mit nur etwa 20 Watt Leistung ausführt. Für Sie bedeutet dies, dass kognitive Leistungsverbesserungen durch die Steigerung der Fähigkeit des Gehirns zur Bildung und Aufrechterhaltung dieser raumzeitlichen Muster erreicht werden können – durch Aktivitäten wie das Erlernen neuer Fähigkeiten, Musiktraining oder bestimmte Gehirntrainingsübungen.
Was Sie tun können
Um die natürliche effiziente Verarbeitung Ihres Gehirns zu unterstützen, engagieren Sie sich in Aktivitäten, die die neuronale Netzwerkkoordination fördern: Lernen Sie eine neue Sprache, üben Sie ein Musikinstrument oder lösen Sie Rätsel, die die Integration mehrerer Informationen erfordern. Konsequente geistige Herausforderungen können helfen, die raumzeitlichen Kodierungsfähigkeiten des Gehirns zu erhalten und möglicherweise zu verbessern.
Quelle: Neuroscience News
Neugierig auf Ihr eigenes Gehirn? Machen Sie unseren kostenlosen adaptiven IQ-Test oder probieren Sie 306 Gehirntrainingslevel.
