?人類一生能獲得的知識(shí)存在上限，科學(xué)家已經(jīng)算出來了_滕州在線

我們的大腦里有超過 850 億個(gè)神經(jīng)元，其中三分之一集中在大腦皮層，組成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)高級(jí)思維活動(dòng)。過去，科學(xué)家常常驚嘆于該網(wǎng)絡(luò)的龐大，認(rèn)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(diǎn)性論文中，來自美國加州理工學(xué)院的研究人員經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，即使我們從出生到去世不停地學(xué)習(xí)，最終積累的“知識(shí)存儲(chǔ)”可能也只有區(qū)區(qū) 4 吉字節(jié)（GB），用一個(gè)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。

大腦的信息處理速度

要計(jì)算我們一輩子能學(xué)多少知識(shí)，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(dòng)為例進(jìn)行了說明。英語中每個(gè)字符的“信息量”（熵）大約是 1 比特。如果一個(gè)打字員每分鐘能打 120 個(gè)單詞（平均每秒 2 個(gè)單詞），而平均每個(gè)單詞大約由 5 個(gè)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(dá)，按每分鐘說 160 個(gè)單詞計(jì)算，也不過是每秒 13 比特。

使用類似方式，研究人員進(jìn)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(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)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(shí)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(biāo)榜自己思考速度飛快。尤其是在當(dāng)今這個(gè)信息社會(huì)中，當(dāng)我們看到網(wǎng)盤下載速度停留在每秒幾千比特（Kbps）時(shí)，都會(huì)氣得直跺腳；我們看視頻、聽播客甚至習(xí)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(shí)，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(dá)到每秒吉比特（Gbps）。比如，視覺系統(tǒng)中單個(gè)視錐細(xì)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(gè)視錐細(xì)胞。換句話說，光是雙眼視覺系統(tǒng)接收信息的速度就高達(dá)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(dá)到了驚人的 108:1！

按照每秒 10 比特的速度計(jì)算，即使我們每天 24 小時(shí)不間斷地學(xué)習(xí)，且完全不會(huì)遺忘任何記憶，并且能這樣活到 100 歲，那么我們最終儲(chǔ)存的知識(shí)也不足 4GB，甚至還比不上如今一個(gè)普通 U 盤的容量。

這個(gè)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(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出了應(yīng)對這些變化的基本需求。

緩慢思考的演化機(jī)制

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(gè)任務(wù)可以同時(shí)進(jìn)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(huì)產(chǎn)生 100 萬個(gè)輸出信號(hào)，每一個(gè)信號(hào)都是視網(wǎng)膜神經(jīng)元對視覺圖像局部計(jì)算的結(jié)果，這些信號(hào)隨后被傳輸?shù)匠跫?jí)視覺皮層加工處理。

但是，我們的中樞神經(jīng)系統(tǒng)在處理信息時(shí)采用的是串行方式，也就是完成一個(gè)才能進(jìn)行下一個(gè)。當(dāng)多個(gè)任務(wù)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)經(jīng)歷所謂的“心理不應(yīng)期”（psychological refractory period），只將注意力集中在其中一個(gè)任務(wù)上。這種機(jī)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>

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實(shí)際上，我們的大腦只會(huì)從感官體驗(yàn)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(huì)進(jìn)入我們的意識(shí)并轉(zhuǎn)化為記憶。研究人員認(rèn)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(luò)，是因?yàn)?/span>我們需要頻繁切換任務(wù)，并在不同神經(jīng)回路間整合信息。例如，開車時(shí)，我們需要在看路、看儀表盤、觀察后視鏡和查看導(dǎo)航的任務(wù)之間快速切換，而不同任務(wù)涉及不同的信息處理模式。

那么，為什么我們會(huì)演化出這種串行處理的機(jī)制呢？作者認(rèn)為，這與演化過程早期的神經(jīng)系統(tǒng)功能有關(guān)。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(yùn)動(dòng)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(gè)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(chǔ)。

如果觀察記憶高手的記憶秘訣，你也會(huì)發(fā)現(xiàn)類似的機(jī)制。例如，在記憶比賽中，選手們常常會(huì)借助一個(gè)熟悉的場景，比如一條街道，而后將需要記住的項(xiàng)目放置在沿途各處。而在回憶時(shí)，他們會(huì)想象自己再次走過這個(gè)場景，依次看到那些項(xiàng)目。研究人員由此提出，人類的思維實(shí)際上可以被看作是在抽象概念空間中進(jìn)行導(dǎo)航的一種形式。

馬斯克“癡人說夢”

作者認(rèn)為，正因?yàn)槲覀兲幚硇畔⒌乃俣认噍^于自然環(huán)境的緩慢變化仍有大量的冗余，許多人才會(huì)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(yùn)動(dòng)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(jī)對戰(zhàn)中，機(jī)器并沒有人類的處理速率限制。因此，如果不對機(jī)器的操作速度進(jìn)行限制，人類根本不可能與其匹敵。

研究人員指出，隨著計(jì)算能力的不斷提升，機(jī)器在各類任務(wù)中的表現(xiàn)超越人類只是時(shí)間問題。等到自動(dòng)駕駛?cè)嫒〈祟愃緳C(jī)的那一天，我們的道路、橋梁、交叉路口等基礎(chǔ)設(shè)施也可能迎來徹底變革，這些過去為了適應(yīng)人類信息處理速度而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將不再適用。屆時(shí)，這些區(qū)域甚至可能禁止人類步行進(jìn)入，因?yàn)槲覀冊跈C(jī)器的世界里實(shí)在太慢了。試想，一個(gè)人貿(mào)然走上高速運(yùn)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(shí)到危險(xiǎn)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(jī)接口設(shè)備。馬斯克認(rèn)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(shè)想，如果能通過高帶寬接口直接連接人腦和計(jì)算機(jī)，我們就能以無拘無束的速度與人工智能交流，甚至實(shí)現(xiàn)共生。

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但在作者看來，這種想法過于理想化。因?yàn)?/span>即使接入高帶寬的設(shè)備，人腦依然只能以每秒 10 比特的速度向計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)，這一限制源于我們大腦的基本架構(gòu)，而非外部設(shè)備的性能瓶頸。作者表示：“與其使用 Neuralink 電極，馬斯克其實(shí)用一部電話就足夠了。畢竟，電話設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸速率與人類語言表達(dá)相匹配，而語言表達(dá)又與我們感知和認(rèn)知的速度相適應(yīng)。”

盡管如此，作者對腦機(jī)接口領(lǐng)域并未完全失去信心，而是認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)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(yùn)動(dòng)意圖并傳輸給機(jī)械外骨骼，如何解碼肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）患者想要表達(dá)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。

參考文獻(xiàn)

[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