martes, 23 de agosto de 2011

No disponemos de

No disponemos de información de tomografía con la resolución suficiente como para recrear un sistema nervioso humano. Probablemente será más sencillo extraer la información de un cadáver bien conservado destruyéndolo en el proceso de extracción. Para este segundo método quizás la tecnología necesaria podría estar disponible en un plazo corto de tiempo.

Podemos investigar los parámetros de ingeniería necesarios que permitan crear un sistema nervioso artificial equivalente o lo más parecido posible al sistema nervioso humano.

Según el libro que tengo

+ (Número total de neuronas) = 10^11
+ La glia supera a las neuronas en 10 veces
+ (Superficie neurona típica) = 2.5E-7 [m^2]

Para dimensionar el sistema hay que estimar cuantos elementos habrá, con qué parámetros se caracterizará cada elemento, y la cantidad de operaciones por elemento y segundo. Con esos datos podremos hacernos una idea de la capacidad de cálculo y la cantidad de memoria que necesitaremos.

El sistema nervioso, como decía en algún mensaje anterior, estará dividido en cubos. Cuanto más pequeños sean los cubos menos capacidad de cálculo y memoria serán necesarios para cada proceso, pero habrá más procesos.

La capacidad de cálculo de cada CPU está limitada por la tecnología actual, pero podemos dividir el sistema nervioso en cubos lo suficientemente pequeños como para que cada CPU pueda ejecutar al menos un proceso. Por tanto el sistema es realizable con la tecnología actual, aunque el número de CPUs necesarias con la tecnología actual será muy grande, mucho más de 100000. ¿Cómo de grande?

Usaré la hipótesis de que el sistema nervioso (glia+neuronas) tiene un volumen de unos 4 litros.

¿Cuántos elementos habrá aproximadamente? ¿Cuánta memoria será necesaria? ¿Cuantas operaciones por segundo?

Los elementos serán principalmente trozos de neurita y potenciales de acción.

NEURONA PROMEDIO CILÍNDRICA

+ (Superficie) = 2.5E-7 [m^2]
+ (Volumen) = 4/11*1E-14 ~= 3.636E-15 [m^3]
+ (Radio) = 29.1E-9 [m] (calculado)
+ (Altura) = 1.3677 [m] (calculado)

Si tenemos en cuenta que el tamaño del soma de una neurona típica es unos 20 um, y el de las vesículas sinápticas 50 nm, resulta que 29.1 nm para el radio promedio de las neuritas es un número extremadamente pequeño. Por otra parte la altura de la neurona cilíndrica promedio parece demasiado grande.

29.1 nm / 100 = 0.291 nm ~= 0.3 nm
29.1 nm / 10 = 2.91 nm ~= 3 nm
Longitud del voxel entre 0.3 nm y 3 nm.

La arista de un cubo conteniendo un átomo de cobre puede medir unos 0.23 nm. El radio promedio de las neuritas me sale demasiado pequeño.

¿En qué me estoy equivocando?

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