Milyen gyorsak az idegsejtek?
Lelkes Olvasónk azt kérdezte az Örvényféreg meséje második része kapcsán: „Mennyire gyors az idegsejtek működése?” Vélem indíttatása az hogy ez milyen viszonyban áll a számítástechnikában használt elemek sebességével.
A gépben amin ezt a bejegyzést írom (kicsit öregecske már) a CPU, a központi processzor 2.6 GHz-el pörög. Ez azt jelenti, hogy másodpercenként 2,600,000,000, azaz kétmilliárd hatszázmillió digitális lépés történik, a CPU-t alkotó logikai kapukról a jel tehát 0.000000000384615 másodpercenként, azaz 0,384615 nsec-ként (nanosecundum) lép a következőre.
Az idegsejtek jelfeldolgozásának lépéseit egy korábbi bejegyzésben már tárgyaltuk. Idegsejtjeink a msec-os, a másodperc ezredrésze skálán kommunikálnak. Számolgathatjuk, hogy milyen gyors a transzmitter diffúziója a szinaptikus résben, a glutamát receptor nyitási ideje, az elektromos jel terjedése a dendriten, az akciós potenciál kialakulása, terjedése, majd a transzmitter felszabadulása, de ennél sokkal egyszerűbb, ha megmérjük azt, hogy egy sejtben akciós potenciált kiváltva az általa beidegzett sejt mennyi idővel később válik aktívvá (tüzel).
Eben a kérdésben az egyik hiteles forrásnak számít Richard Miles, azok egyike, akivel évekig együtt dolgozva nagyon sokat tanultam. Az 1980as években megjelent, kristálytiszta gondolatmenetük miatt alapmunkának számító cikkeivel első volt a világon, aki az agykéreg (hippokampusz) idegsejtpárjaiból vezetett el két elektródával és felderítette a serkentő és gátlósejt összeköttetések jelátviteli szabályait. A hihetetlen türelmet igénylő méréseiből tudjuk, hogy egy serkentő sejt akciós potenciálját a beidegzett sejtben 5-7msec késéssel követi annak kisülése.
Ennek alapján az idegrendszerben a processzor 143Hz-en pörög. Hát ez bizony 18 milliószor lassabb, mint a CPU. Ez ugye azt engedi meg, hogy 1 másodperc alatt 143 idegsejten pattogjon végig az információ.
Cserébe míg a CPU sorban végzi a műveleteket az idegsejthálózatok, mint azt épp most pedzegetjük az Örvényféreg meséjében alapvetően párhuzamosan dolgozzák fel az információt, azaz egyszerre (nagyon) sok sejten fonódik össze az információ. Nehéz lenne itt most egy pontos számot mondani, de tippem szerint egy kép feldolgozásában több 10 millió a párhuzamos sejtek száma. Ezenkívül egyetlen idegsejt jelintegrációs feldolgozása is jóval bonyolultabb, mint egy CPU egyetlen utasítása. Mondjuk 100,000-szer bonyolultabb (ennyi CPU lépést becsülök egy jól optimalizált idegsejt jelintegráció kiszámítására, de lehet 2 nagyságrenddel alábecsülöm).
Az reakcióidő méréséből meg lehet becsülni hány lépésben történik a feldolgozás. Ezt használják is már a törtmásodpercek mérésére alkalmas órák megjelenése óta a kísérleti pszichológusok, hogy a feladatok agyi megoldásának bonyolultságát becsüljék. Egy tárgy képének fejben való elforgatása például annál tovább tart, minél nagyobb az elfordítás szöge.
Egyszerű reakcióidőnk látóingerre 250msec, halló és tapintási ingerre kevesebb 150-170 msec. Ezek kb. 21-35 sejtről sejtre ugró jel-átkapcsolást jelentenek. Persze mind azt látni fogjuk az agyban nagyon sok a visszacsatolás, azaz hogy a sejtek vagy agyterületek saját magukra és szomszédjaikra is adnak jeleket. Az információnak ez a visszafelé- illetve körökben áramlása nagyon fontos lesz majd a tanulásban, hatékonyabb előhívásban és a belső modellek kialakulásában.
Nem kell tehát aggódnunk az idegsejtek sebessége miatt. Legalábbis amíg az AI robotok meg nem jelennek mert azok úgy fognak ránk, lassú agyú sápatagokra nézni, mint ahogy mi nézünk az araszoló éticsigára vagy még inkább a lassan kúszó növényi indákra.
Szerző: Gulyás Attila