來源：上善傳媒 日期：2025-01-11 瀏覽量： 欄目：城事
我們的大腦里有超過 850 億個神經(jīng)元，其中三分之一集中在大腦皮層，組成復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡，負責高級思維活動。過去，科學家常常驚嘆于該網(wǎng)絡的龐大，認為我們只利用了其中極小的一部分，還有大量空間有待開發(fā)。然而，在一篇最近發(fā)表于《神經(jīng)元》（Neuron）的觀點性論文中，來自美國加州理工學院的研究人員經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，即使我們從出生到去世不停地學習，最終積累的“知識存儲”可能也只有區(qū)區(qū) 4 吉字節(jié)（GB），用一個小小的 U 盤就能裝下，而這一限制背后有著深刻的演化緣由。要計算我們一輩子能學多少知識，首先得從大腦處理信息的速度說起。論文作者以打字和說話這兩種日常活動為例進行了說明。英語中每個字符的“信息量”（熵）大約是 1 比特。如果一個打字員每分鐘能打 120 個單詞（平均每秒 2 個單詞），而平均每個單詞大約由 5 個字母組成，那么打字員的信息處理速度大約是每秒 10 比特。即便是信息速率更高的口頭表達，按每分鐘說 160 個單詞計算，也不過是每秒 13 比特。使用類似方式，研究人員進一步估算了人類在不同場景下的信息處理速度，從經(jīng)典實驗室實驗到現(xiàn)代電子競技等。結(jié)果顯示，我們處理信息的速度介于每秒 5 比特到 50 比特之間。即便是每分鐘敲擊 1000 次按鍵的《星際爭霸》職業(yè)選手，在比賽最激烈的時刻，信息處理速率也不過每秒 16.7 比特。總體而言，人類思考的速度仍在每秒 10 比特的尺度。人類不同行為背后的信息處理速度（圖片來源：原論文）這聽上去有些反直覺。畢竟，人類一直標榜自己思考速度飛快。尤其是在當今這個信息社會中，當我們看到網(wǎng)盤下載速度停留在每秒幾千比特（Kbps）時，都會氣得直跺腳；我們看視頻、聽播客甚至習慣了二倍速、三倍速播放。然而，與我們對信息速度的高期待相比，大腦處理信息的能力似乎顯得格外“緩慢”。其實，問題不在于接收信息的速率，而是如何處理這些信息。我們的周圍神經(jīng)系統(tǒng)每天從環(huán)境中獲取信息的速率可以達到每秒吉比特（Gbps）。比如，視覺系統(tǒng)中單個視錐細胞能以每秒 270 比特的速度傳輸信息，而僅一只眼睛就擁有約 600 萬個視錐細胞。換句話說，光是雙眼視覺系統(tǒng)接收信息的速度就高達每秒 3.2 吉比特。如此一來，我們接收信息的速度與處理信息的速度之間的差距居然達到了驚人的 108:1！按照每秒 10 比特的速度計算，即使我們每天 24 小時不間斷地學習，且完全不會遺忘任何記憶，并且能這樣活到 100 歲，那么我們最終儲存的知識也不足 4GB，甚至還比不上如今一個普通 U 盤的容量。這個結(jié)果令人難以置信：人類處理信息的能力如此“低效”，竟然還能在漫長的演化過程中脫穎而出。然而，研究人員指出，這樣的速度其實已經(jīng)能夠滿足生存需求了。畢竟，我們所面對的環(huán)境大多變化相對較緩，而這一“緩慢”的處理能力已經(jīng)遠遠超出了應對這些變化的基本需求。為何我們處理信息的速度如此緩慢？研究人員將其歸因于并行處理和串行處理的差異。所謂并行處理，是指多個任務可以同時進行，我們的周圍神經(jīng)系統(tǒng)正是依賴這種方式來接收信息。例如，視網(wǎng)膜每秒會產(chǎn)生 100 萬個輸出信號，每一個信號都是視網(wǎng)膜神經(jīng)元對視覺圖像局部計算的結(jié)果，這些信號隨后被傳輸?shù)匠跫壱曈X皮層加工處理。但是，我們的中樞神經(jīng)系統(tǒng)在處理信息時采用的是串行方式，也就是完成一個才能進行下一個。當多個任務同時出現(xiàn)時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)會經(jīng)歷所謂的“心理不應期”（psychological refractory period），只將注意力集中在其中一個任務上。這種機制解釋了為何在嘈雜的環(huán)境中，我們?nèi)阅軐Ｗ⒂谔囟ǖ膶υ挕?/span>圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛實際上，我們的大腦只會從感官體驗中選擇性地處理一小部分信息，只有這些經(jīng)過篩選的信息才會進入我們的意識并轉(zhuǎn)化為記憶。研究人員認為，之所以大腦以如此緩慢的速度處理數(shù)據(jù)，卻需要如此龐大的神經(jīng)元網(wǎng)絡，是因為我們需要頻繁切換任務，并在不同神經(jīng)回路間整合信息。例如，開車時，我們需要在看路、看儀表盤、觀察后視鏡和查看導航的任務之間快速切換，而不同任務涉及不同的信息處理模式。那么，為什么我們會演化出這種串行處理的機制呢？作者認為，這與演化過程早期的神經(jīng)系統(tǒng)功能有關。那些最早擁有神經(jīng)系統(tǒng)的生物，其大腦的核心功能是檢測氣味分子的濃度梯度，以判斷運動方向，從而靠近食物或避開捕食者。由于生物一次只能處在一個位置、選擇一條路徑，因此這種只解決單一問題的架構(gòu)逐漸演化為了今天的中樞神經(jīng)系統(tǒng)基礎。如果觀察記憶高手的記憶秘訣，你也會發(fā)現(xiàn)類似的機制。例如，在記憶比賽中，選手們常常會借助一個熟悉的場景，比如一條街道，而后將需要記住的項目放置在沿途各處。而在回憶時，他們會想象自己再次走過這個場景，依次看到那些項目。研究人員由此提出，人類的思維實際上可以被看作是在抽象概念空間中進行導航的一種形式。作者認為，正因為我們處理信息的速度相較于自然環(huán)境的緩慢變化仍有大量的冗余，許多人才會在難以忍受的慢節(jié)奏生活中尋求刺激。例如，滑雪等高速運動和快節(jié)奏的電子游戲，都能讓我們的大腦逼近其處理極限，而這種挑戰(zhàn)往往讓人感到興奮和滿足。但在《星際爭霸》等電子游戲的人機對戰(zhàn)中，機器并沒有人類的處理速率限制。因此，如果不對機器的操作速度進行限制，人類根本不可能與其匹敵。研究人員指出，隨著計算能力的不斷提升，機器在各類任務中的表現(xiàn)超越人類只是時間問題。等到自動駕駛?cè)嫒〈祟愃緳C的那一天，我們的道路、橋梁、交叉路口等基礎設施也可能迎來徹底變革，這些過去為了適應人類信息處理速度而設計的系統(tǒng)將不再適用。屆時，這些區(qū)域甚至可能禁止人類步行進入，因為我們在機器的世界里實在太慢了。試想，一個人貿(mào)然走上高速運轉(zhuǎn)的智能交通系統(tǒng)，或許就像一只橫穿高速公路的蝸牛，還沒來得及意識到危險就已命喪黃泉。在這篇論文中，作者還小小調(diào)侃了一下馬斯克的腦機接口設備。馬斯克認為，人類在信息處理上的種種限制，主要源于肉體的帶寬不足，比如我們只能通過手指敲擊鍵盤輸入信息。他設想，如果能通過高帶寬接口直接連接人腦和計算機，我們就能以無拘無束的速度與人工智能交流，甚至實現(xiàn)共生。圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛但在作者看來，這種想法過于理想化。因為即使接入高帶寬的設備，人腦依然只能以每秒 10 比特的速度向計算機發(fā)出信號，這一限制源于我們大腦的基本架構(gòu)，而非外部設備的性能瓶頸。作者表示：“與其使用 Neuralink 電極，馬斯克其實用一部電話就足夠了。畢竟，電話設計的數(shù)據(jù)傳輸速率與人類語言表達相匹配，而語言表達又與我們感知和認知的速度相適應。”盡管如此，作者對腦機接口領域并未完全失去信心，而是認為，這項技術的未來并不在于提升信息傳輸速率，而在于如何提供和解碼最重要的信息。例如，如何幫助盲人感知場景中的物體與人物的位置和身份，如何解碼癱瘓患者的運動意圖并傳輸給機械外骨骼，如何解碼肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）患者想要表達的語言信息等。我們并不需要成為思維速度的冠軍才能在這顆星球上生存和創(chuàng)新。與其追求速度極限，不如專注于如何更高效地理解、選擇和利用有限的信息。
[1]https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(24)00808-0
[2]https://www.caltech.edu/about/news/thinking-slowly-the-paradoxical-slowness-of-human-behavior
來源：科普中國
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