Wie viele mögliche Zustände hat ein Gehirn?

Angenommen, ich habe eine Box, in der sich ein Licht befindet, das entweder an oder aus sein kann: Es hat genau zwei Zustände.
Angenommen, ich wollte einen "Schnappschuss" des Zustands dieses Geräts machen und alle Informationen darüber speichern, damit ich irgendwann ein anderes Gerät mit ausreichend identischer Hardware + Umgebung und einer Möglichkeit hätte, den gesamten Zustand darauf zu schreiben Gerät konnte ich den Zustand dieser Box rekonstruieren. Es gibt n= zwei mögliche Zustände (es würde also log2(n) = 1 Bits erfordern, um den Zustand zu speichern).

Nehmen wir nun an, meine Kiste ist ein Gehirn. Auf die nächste Größenordnung, wie viele mögliche Zustände hat das Gehirn?

Angenommen, es handelt sich um ein erwachsenes menschliches Gehirn, könnte die nützlichste Antwort auf diese Frage sein, aber wenn Sie solidere Antworten für Gehirne anderer Tiere haben, während wir auf eine Antwort für Menschen warten, können Sie gerne eine Antwort mit dieser Annahme posten.

Ich stelle mir vor, wie Sie einen Gehirnzustand definieren, hängt von Ihrer Analyseebene ab (molekular, chemisch, einzelne Zelle, Zellpopulation, Schwingungen, Regionen, Netzwerke usw.).
@mrt die Definition dieser Ebene ist Teil der Herausforderung der Frage. Es ist jedoch definitiv mehr als eine einzelne Zelle.
Nun, ich bin mir nicht sicher, ob wir das Gehirn wirklich auf eine bestimmte Ebene reduzieren können, also müssten Sie wahrscheinlich alle berücksichtigen (mit jeweils unterschiedlichen Informationen). Aber selbst dann ist nicht wirklich klar, was ein "Zustand" ist oder ob die Idee von "Gehirnzuständen" theoretisch überhaupt schlüssig ist. Aber ich weiß nicht genug Mathematik oder Theorie, um irgendetwas mit Zuversicht sagen zu können. ;)

Antworten (1)

2 2.752.000.000.000.000.000.000 Staaten

Haftungsausschluss: Dies ist offensichtlich eine sehr grobe und ungenaue Schätzung (tatsächlich werden einige offensichtliche Parameter der Einfachheit halber ignoriert). Wie Scott E. Page es ausdrückt: Selbst Modelle, die alles andere als genau sind, können uns etwas beibringen.

Betrachtet man das Design zukünftiger künstlicher Gehirne, kann man diese groben Annahmen treffen:

  • Eine 32-Bit-Gleitkommadarstellung sollte ausreichen, um die Synapsenelastizität zu erfassen.
  • Es gibt ungefähr 86 Milliarden Neuronen im Gehirn. Deren Konnektivität kann durch eine quadratische Matrix der Größe 86 * 10 18 (86 * 10 9 hoch 2) dargestellt werden. Jede Verbindung ist gewichtet, 32-Bit-Float.

Daraus ergibt sich 86 * 10 18 * 32 Bit =

2752000000000000000000 Bit (2,75 Sextillionen).

Diese vielen Bits führen zu diesen vielen Zuständen:

2 275200000000000000000

oder:

Ein Screenshot von Wolfarm Alpa kann keine ganze Zahl anzeigen

Dies ist offensichtlich eine sehr grobe Schätzung - Sie berücksichtigen beispielsweise nicht das Membranpotential, obwohl Sie argumentieren können, dass das Verwerfen des Membranpotentials bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der neuronalen Konnektivität und synaptischen Stärke ausreichen sollte, um ein eingefrorenes Gehirn "wieder zu entzünden".

Vielleicht noch wichtiger ist, dass eine Netzwerkstruktur durch eine Matrix dargestellt werden kann, aber häufiger durch eine spärliche Matrix dargestellt wird - kein Neuron ist mit allen anderen Neuronen verbunden, ich glaube, 1000 ist der Durchschnitt und einige Quellen geben an, dass es etwa 1.000 Billionen Synapsen gibt Verbindungen.

Verzeihen Sie meine Unwissenheit (über Informationstheorie, Computational Neuroscience), aber ist ein Zustand gleichbedeutend mit einem Bit?
@mrt Ich bin mir nicht sicher, ob ich die Frage verstehe. Sicherlich hat das Bit in der Repräsentation des Staates seinen Platz?
Hmmm, klar bin ich hier überfordert lol. Ist die Logik, dass wenn es X Bits gibt und jedes Bit den Wert 0 oder 1 annehmen kann, dann gibt es 2 X Zustände? Oh warte ... egal. Mir fehlt auch die ganze Konnektivitätsberechnung.
@mrt, die mögliche Anzahl möglicher Werte in jedem Zahlensystem ist die (Anzahl möglicher Ziffernwerte) ^ (Anzahl Ziffern). Zwei Dezimalstellen (Basis 10) können 100 Werte darstellen (00..99); Drei Binärziffern (Basis 2) können 8 Werte darstellen (0..7). Die Anzahl möglicher Werte repräsentiert auch die Anzahl eindeutiger Ziffernkombinationen.
Wie bei der Matrix werden Matrizen verwendet, um Netzwerke mathematisch darzustellen. Eine solche Matrix erfasst also, welches Neuron (Knoten) mit welchem ​​anderen Neuron verbunden ist, und das synaptische Gewicht einer solchen Verbindung.
Dem würde ich mehr oder weniger zustimmen. Selbst unter Berücksichtigung der relativ festen Teile (visuell, auditiv, sprachliche Teile usw.) wird die Größenordnung Ihrer Schätzung etwas absurd Großes sein.
Konnektivität scheint mir viel mehr eine potenzielle Energielandschaft als ein Zustand zu sein. Bei einem Zustand geht es inhärent um die aktuelle Position in dieser Landschaft, also wären zB Membranpotentiale eindeutig wichtig. Das wird ein paar Größenordnungen hinzufügen.
@jona - eine Definition von Zustand - ist das, was den Prozess überlebt, der es geschaffen hat. Konnektivität ist Zustand. Die ganze Berechnung ist sehr, sehr grob - es gibt wahrscheinlich viel mehr zu berücksichtigen und auch einige mögliche Abkürzungen, die genommen werden können.
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