¿Cuántos estados posibles tiene un cerebro?

Supongamos que tengo una caja, dentro de la cual hay una luz que puede estar encendida o apagada: tiene exactamente dos estados.
Supongamos que quisiera tomar una "instantánea" del estado de este dispositivo y almacenar toda la información sobre él, de modo que si en algún momento tuviera otro dispositivo con hardware + entorno suficientemente idéntico y una forma de escribir todo el estado en ese dispositivo, podría recrear el estado de esa caja. Hay n= dos estados posibles (por lo que requeriría log2(n) = 1 bits para almacenar el estado).

Ahora supongamos que mi caja es un cerebro. Al orden de magnitud más cercano, ¿cuántos estados posibles tiene el cerebro?

Asumir que es un cerebro humano adulto podría ser la respuesta más útil a esta pregunta, pero si tiene respuestas más sólidas para los cerebros de otros animales mientras esperamos una respuesta para los humanos, siéntase libre de publicar una respuesta que establezca esa suposición.

Me imagino que la forma en que defines un estado cerebral depende de tu nivel de análisis (molecular, químico, unicelular, población celular, oscilaciones, regiones, redes, etc.).
@mrt definir ese nivel es parte del desafío de la pregunta. Sin embargo, definitivamente es más que una sola célula.
Bueno, no estoy seguro de que realmente podamos reducir el cerebro a un nivel específico, por lo que probablemente deba considerarlos todos (cada uno con información diferente). Pero incluso entonces, no está realmente claro qué es un "estado" o si la idea de "estados cerebrales" es teóricamente coherente. Pero no sé suficientes matemáticas o teoría para decir algo con confianza. ;)

Respuestas (1)

2 2,752,000,000,000,000,000,000 estados

Descargo de responsabilidad: Obviamente, esta es una estimación muy cruda e imprecisa (de hecho, está ignorando algunos parámetros obvios en aras de la simplicidad). Como dice Scott E. Page: Incluso los modelos que están lejos de ser precisos pueden enseñarnos algo.

Si uno considera el diseño del futuro cerebro artificial, puede hacer estas suposiciones aproximadas:

  • Una representación de punto flotante de 32 bits debería ser suficiente para capturar la elasticidad de la sinapsis.
  • Hay alrededor de 86 mil millones de neuronas en el cerebro. cuya conectividad se puede representar mediante una matriz cuadrada de tamaño 86 * 10 18 (86 * 10 9 elevado a 2). Cada conexión es ponderada, flotante de 32 bits.

Resultando en 86 * 10 18 * 32 bits =

2752000000000000000000 bits (2,75 sextillones).

Estos muchos bits dan como resultado estos muchos estados:

2 27520000000000000000000

o:

Una captura de pantalla de Wolfarm Alpa que no puede mostrar un número entero

Obviamente, esta es una estimación muy aproximada: no tiene en cuenta, por ejemplo, el potencial de membrana, aunque puede argumentar que descartar el potencial de membrana mientras se mantiene la conectividad neuronal y la fuerza sináptica debería ser suficiente para 'reencender' un cerebro congelado.

Quizás lo más importante es que una estructura de red se puede representar mediante una matriz, pero más a menudo se representa mediante una matriz dispersa: ninguna neurona está conectada con todas las demás neuronas, creo que 1000 es el promedio y algunas fuentes afirman que hay alrededor de 1000 billones de sinápticas. conexiones

Perdona mi ignorancia (sobre teoría de la información, neurociencia computacional), pero ¿un estado equivale a un bit?
@mrt No estoy seguro de entender la pregunta. ¿Seguramente en la representación de estado el bit tiene su lugar?
Hmmm, claramente estoy fuera de mi profundidad aquí lol. ¿Es la lógica que si hay X número de bits, y cada bit puede tomar el valor 0 o 1, entonces hay 2 X estados? Oh, espera... no importa. También me falta todo el cálculo de conectividad.
@mrt, la cantidad posible de valores posibles en cualquier sistema de numeración es (cantidad de valores de dígitos posibles) ^ (cantidad de dígitos). Dos dígitos decimales (base 10) pueden representar 100 valores (00..99); Tres dígitos binarios (base 2) pueden representar 8 valores (0..7). La cantidad de valores posibles también representa la cantidad de combinaciones de dígitos únicas.
En cuanto a la matriz, las matrices se utilizan para representar matemáticamente las redes. Entonces, dicha matriz capturará qué neurona (nodo) está conectada a qué otra neurona y el peso sináptico de dicha conexión.
Estaría más o menos de acuerdo. Incluso teniendo en cuenta las partes relativamente fijas (visual, auditiva, partes de la lingüística, etc.), la magnitud de su estimación será algo absurdamente grande.
Para mí, la conectividad parece mucho más un paisaje de energía potencial que un estado. Un estado se trata inherentemente de la posición actual en ese paisaje, por lo que, por ejemplo, los potenciales de membrana serían claramente importantes. Eso agregará algunos órdenes de magnitud.
@jona, una definición de estado, es que sobrevive al proceso que lo creó. La conectividad es estado. Todo el cálculo es muy, muy crudo: probablemente haya mucho más que tener en cuenta y también algunos posibles atajos que se pueden tomar.
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