Синапсы — соединения между нейронами — удивительно эффективны при передаче информации. Новое исследование под руководством Джеймса Стоуна показывает, что эта эффективность может быть предсказана простой моделью из теории информации, не имеющей настраиваемых параметров. Работа, опубликованная на arXiv, опирается на предыдущие результаты о том, что синаптический шум минимизируется при заданном энергетическом бюджете, и демонстрирует, что синапсы естественным образом работают при соотношении сигнал/шум, которое максимизирует количество информации на единицу энергии.
Исследование
Основываясь на наблюдениях Харриса и соавторов (2015) о том, что синапсы передают максимальное количество бит на джоуль при естественной проводимости, Стоун задался вопросом, почему эффективность так быстро падает при изменении проводимости. Он объединил эту работу с исследованием Малкина и соавторов (2026), в котором была обнаружена минимальная граница энергии для синаптической передачи. Выразив эту границу в терминах теории информации Шеннона (Шеннон, 1949), Стоун продемонстрировал, что синапсы работают при соотношениях сигнал/шум, максимизирующих эффективность передачи информации. Модель точно предсказывает снижение эффективности, наблюдаемое Харрисом и соавторами, в широком диапазоне проводимостей. Важно, что, поскольку модель основана на биофизике, она не содержит свободных параметров — то есть соответствие не принудительно, а вытекает из физических принципов.
Почему это важно
Этот результат подтверждает общий принцип, согласно которому мозг эволюционировал для достижения максимальной эффективности. Для обычного человека это подчеркивает, что даже базовые нейронные процессы оптимизированы в ходе эволюции. Понимание того, что синаптическая эффективность ограничена фундаментальными законами физики, помогает объяснить, почему некоторые умственные задачи энергетически затратны и почему тренировка мозга может повысить эффективность за счет укрепления синаптических связей.
Что вы можете сделать
Чтобы поддержать естественную эффективность вашего мозга, занимайтесь деятельностью, способствующей синаптической пластичности: изучайте новые навыки, регулярно занимайтесь аэробными упражнениями и придерживайтесь здоровой диеты с омега-3 жирными кислотами. Качественный сон также помогает закрепить обучение и поддерживать эффективную нейронную активность.
Источник: arXiv q-bio.NC
Хотите узнать больше о своем мозге? Пройдите наш бесплатный адаптивный IQ-тест или попробуйте 306 уровней тренировки мозга.
