In zijn laatste beschimpingen aan het adres van Zuid-Korea heeft de Noord-Koreaanse staatsmedia de Zuid-Koreaanse president Lee Myung-bak een “menselijk uitschot” en een “onderkruiper met 2 MB aan kennis” genoemd. Hoeveel megabytes zou een menselijk brein moeten kunnen opslaan?
Veel meer dan twee. De meeste computationele neurowetenschappers schatten de menselijke opslagcapaciteit ergens tussen 10 terabyte en 100 terabyte, hoewel het volledige spectrum van schattingen varieert van 1 terabyte tot 2,5 petabyte. (Een terabyte is gelijk aan ongeveer 1.000 gigabytes of ongeveer 1 miljoen megabytes; een petabyte is ongeveer 1.000 terabytes).
De wiskunde achter deze schattingen is vrij eenvoudig. Het menselijk brein bevat ruwweg 100 miljard neuronen. Elk van deze neuronen lijkt in staat om ongeveer 1.000 verbindingen te maken, wat neerkomt op ongeveer 1.000 potentiële synapsen, die grotendeels het werk van gegevensopslag doen. Vermenigvuldig elk van deze 100 miljard neuronen met de ongeveer 1.000 verbindingen die het kan maken, en je krijgt 100 biljoen datapunten, of ongeveer 100 terabytes aan informatie.
Neurowetenschappers geven al snel toe dat deze berekeningen erg simplistisch zijn. Ten eerste gaat deze wiskunde ervan uit dat elke synaps ongeveer 1 byte aan informatie opslaat, maar deze schatting kan te hoog of te laag zijn. Neurowetenschappers zijn er niet zeker van hoeveel synapsen uitzenden met slechts één sterkte versus met veel verschillende sterktes. Een synaps die op slechts één sterkte uitzendt kan slechts één bit informatie overbrengen – “aan” of “uit”, 1 of 0. Aan de andere kant kan een synaps die op veel verschillende sterktes kan uitzenden meerdere bits opslaan. Ten tweede, individuele synapsen zijn niet volledig onafhankelijk. Soms zijn er meerdere synapsen nodig om één stukje informatie over te brengen. Afhankelijk van hoe vaak dit het geval is, kan de schatting van 10 tot 100 terabytes veel te groot zijn. Andere problemen zijn het feit dat sommige synapsen lijken te worden gebruikt voor verwerking en niet voor opslag (wat suggereert dat de schatting te hoog zou kunnen zijn), en het feit dat er ondersteunende cellen zijn die ook informatie zouden kunnen opslaan (wat suggereert dat de schatting te laag zou kunnen zijn).
Zelfs als we aannemen dat de opslagcapaciteit van de hersenen tussen de 10 en 100 terabyte ligt, is het heel moeilijk om te schatten hoeveel van die ruimte “gebruikte ruimte” is versus “vrije ruimte” – de hersenen zijn nu eenmaal veel complexer dan een externe harde schijf. Niet alleen lijken sommige delen betrokken te zijn bij veel verschillende herinneringen tegelijk, maar deze opgeslagen gegevens worden vaak beschadigd en gaan zelfs verloren. Eén ding is zeker: Het idee dat de mens slechts 10 procent van zijn hersenen gebruikt, is een mythe – informatie kan in elk deel van de hersenen worden opgeslagen.
Dus op hoeveel megahertz werkt het brein? Het is misschien het beste om te zeggen dat de hersenen een veel krachtiger machine zijn die bestaat uit veel langzamere processors. Elk neuron lijkt een “kloksnelheid” in de orde van kilohertz te hebben, wat een miljoen keer langzamer is dan gigahertz. (De processorsnelheid van een smartphone ligt rond de 1 gigahertz.) Daarom zijn computers vaak veel sneller in het uitvoeren van gespecialiseerde taken, ook al kunnen ze niet alle gevarieerde functies van het menselijk brein nabootsen.
Terwijl futuristen als Ray Kurzweil zich beroepen op de wet van Moore – de neiging van computers om ongeveer elke twee jaar twee keer zo krachtig te worden – om te voorspellen dat we in de komende twee decennia computers zullen kunnen bouwen die krachtiger zijn dan het menselijk brein, is het niet duidelijk of zo’n computer marktrijp zou kunnen zijn. Het brein is opmerkelijk energie-efficiënt en werkt op ongeveer 12 watt – de elektriciteit die nodig is om sommige gloeilampen met hoog rendement te laten branden. Er zou zoveel energie nodig zijn om een computer zo krachtig als het menselijk brein te laten werken – misschien wel “een gigawatt aan energie, de hoeveelheid die momenteel wordt verbruikt door heel Washington, D.C.” -dat het onpraktisch zou kunnen zijn.
Heeft u een vraag over het nieuws van vandaag? Vraag het de Explainer.
Explainer bedankt David Touretzky van Carnegie Mellon University, Nathan Urban van Carnegie Mellon University, en Samuel Wang van Princeton University.