与计算机类似，大脑的记忆存储也以“比特”为单位来衡量，它能容纳的比特数取决于神经元之间的连接，即突触。历史上，科学家认为突触的大小和强度相当有限，因而限制了大脑的存储能力。然而，这一理论近年来受到挑战——这项新研究进一步支持了如下看法：大脑可容纳的信息量大约为以前人们所认为的10倍。
在这项新研究中，科研人员开发了一种高度精确的方法来评估老鼠大脑部分神经元之间的这种连接强度。这些突触构成了学习和记忆的基础，因为脑细胞在这些点上进行交流，从而存储和共享信息。
通过更好地了解突触增强和减弱的方式和程度，科学家们更精确地量化了这些连接可以存储多少信息。这项分析4月23日发表在《神经计算》杂志上，它展示了这种新方法不仅可以提高我们对学习的理解，还可以提高我们对衰老和侵蚀大脑中连接的疾病的理解。
芝加哥大学神经生理学助理教授杰伊·余(音)通过电子邮件告诉趣味科学网站：“这些方法触及神经回路信息处理能力的核心。”余没有参与这项研究。他说：“能够估算出大脑可能代表多少信息，这是理解大脑执行复杂计算能力的重要一步。”
在人类大脑中，神经元之间有超过100万亿个突触。这些突触相互之间会发射化学信使，促进信息在大脑中的传递。在我们学习的过程中，通过特定突触传递的信息在增加。突触的这种“增强”使我们能够保留新信息。一般来说，突触的增强或减弱取决于相关神经元的活跃程度——这种现象被称为突触可塑性。
然而，随着年龄的增长或患上阿尔茨海默病等神经系统疾病，我们的突触变得不那么活跃，强度减弱，这会降低认知能力以及存储和检索记忆的能力。
科学家可以通过观察突触的物理特征来测量它们的强度。此外，一个神经元发出的信息有时会激活一对突触，科学家可以利用这对突触来研究突触可塑性的精确度。换句话说，给定相同的信息，这对突触中的每个突触是否以完全相同的方式增强或减弱？
测量突触可塑性的精确度在过去被证明是困难的，同样困难的还有测量任何给定突触可以存储多少信息。这项新的研究改变了这一点。
为了测量突触的强度和可塑性，研究小组利用了信息理论，这是一种理解信息如何通过系统传递的数学方法。这种方法还使科学家能够量化突触之间可以传递多少信息，同时也考虑到大脑的“背景噪音”。
索尔克生物研究所计算神经生物学实验室负责人、该论文共同资深作者特伦斯·谢伊诺夫斯基在一封电子邮件中告诉趣味科学网站，这种传输的信息是用比特来衡量的，因此，拥有更多比特的突触可以比拥有更少比特的突触存储更多的信息。一个比特对应于一个突触发送两种强度的信息，两个比特对应于四种强度，以此类推。
研究小组分析了来自大鼠海马体的成对突触，海马体是大脑中对学习和记忆形成起主要作用的区域。这些突触对彼此相邻，对相同类型和数量的大脑信号做出反应。研究小组确定，给予相同的输入时，这些突触对会以完全相同的程度增强或减弱，这表明大脑在调整特定突触的强度时是高度精确的。
分析表明，海马体中的突触可以存储4.1到4.6比特的信息。研究人员在此前对老鼠大脑的研究中得出过类似的结论，但当时他们用一种不太精确的方法来处理数据。英国加的夫大学神经科学教授凯文·福克斯在一封电子邮件中告诉趣味科学网站，这项新研究帮助证实了许多神经科学家现在的假设——每个突触携带的信息远不止一个比特。福克斯没有参与这项研究。
这些研究成果基于老鼠海马体一个非常小的区域，所以还不清楚如果扩展到整个老鼠大脑或人类大脑是什么结果。余说，确定这种信息存储能力在大脑不同部位之间和不同物种之间如何变化将是很有趣的。
福克斯说，在未来，该团队的方法还可以用来比较大脑不同区域的存储容量。它还可以用来研究大脑中一个区域在健康状态和疾病状态时的情况。