大脑皮层通信能耗远超计算能耗，但二者共同预测突触数量
神经元与认知
2021-04-05 v1
摘要
达尔文式演化往往产生能量高效的结果。另一方面，能量限制计算，无论是神经的、概率性的，还是数字的、逻辑性的。采取一种特定的能量高效视角，我们定义神经计算并利用一个受能量约束的计算函数。该函数可在一个与每神经元突触数成比例的可变参数上优化。该函数还暗示了消耗 ATP 的过程之间的特定区分，尤其是计算本身与包括动作电位和递质释放的通信过程。因此，应用此数学函数需要进行能量审计，其能耗划分不同于早期工作。审计指出，与常引用的大脑可用 20 瓦葡萄糖（sokoloff1960metabolism, sawada2013synapse）相反，划分给皮层计算的部分仅 0.1 瓦 ATP。另一方面，长距离通信能耗为 3.5 瓦，高出 35 倍。其他新定量结果包括（i）神经计算效率的生物学值与理想值相差 倍；（ii）对 （触发一个神经元所需突触传递次数）的两个预测（2500 对比 2000）。
引用
@article{arxiv.2102.06273,
title = {Cerebral cortical communication overshadows computational energy-use, but these combine to predict synapse number},
author = {William B Levy and Victoria G. Calvert},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.06273},
year = {2021}
}