颠覆认知：人脑处理信息速度远低于想象，背后原因令人深思

土耳鸡烤鸡 · 发表于 2024-12-19 14:59:50

本帖最后由土耳鸡烤鸡于 2024-12-19 15:07 编辑

我们都普遍认为自己的思维敏锐迅速，然而，加州理工学院的最新研究表明，我们的大脑处理信息的速度其实非常缓慢，仅为每秒大约10比特。尽管我们的感官系统以远超我们大脑近亿倍的速度收集数据，但这种看似悠然的处理速度或许早已根植于漫长的进化历程中。

人们常言，人脑是自然界中最强大的计算机之一，其卓越的处理能力不言而喻。然而，从计算机科学的角度审视，人脑的实际运算速度究竟如何呢？加州理工学院的生物学家采用比特这一单位来量化人类思维的速度。在计算学中，比特是最小的数据单位，代表一个“1”或“0”，多个比特组合起来便能编码复杂的信息。

研究人员首先尝试以人类易于理解的方式定义“1比特”。值得注意的是，这一概念的具体定义会根据信息处理的不同模式而有所变化。例如，在文字处理方面，他们将“1比特”量化为文本中的一个字符；而在语音处理方面，“1比特”则等同于一个声音单位。

在探讨文字处理的过程中，研究者选取了专业打字员作为案例。这些打字员的平均打字速度为每分钟120个单词，每个单词包含大约5个字符，这意味着他们的打字速度达到每秒10次按键，即每秒产生10比特的信息量。而对于语音处理，考虑到人声清晰传达信息的需求，推荐的语速约为每分钟160个单词。通过类似的计算方法，我们可以得出这一速率相当于每秒产生13比特的信息量。

该团队持续探索人类在信息处理极限条件下的表现，并对相关比特率进行了深入分析。他们记录了多项令人瞩目的成就，包括打破世界纪录的魔方速解（11.8比特/秒）、惊人的数字记忆挑战（4.9比特/秒）、专业的俄罗斯方块比赛（7比特/秒）以及快速卡牌记忆任务（17.7比特/秒）。其中，快速卡牌记忆任务要求参与者迅速掌握一整副随机排列的扑克牌，并准确回忆其顺序。

基于这些研究成果，该团队得出了一个重要的结论：人类大脑在处理信息时，平均每秒约10比特是一个合理的平均值。这一数值与现代人工数据传输系统的速度相比显得较为缓慢。例如，当前常见的Wi-Fi数据传输速率通常可以达到数亿比特每秒。它甚至比我们自身的感觉器官与神经系统还要缓慢。据研究团队计算，人眼中的单个视锥细胞能够以约270比特/秒的速度传输信息，这意味着每只眼睛的数据传输速率可高达惊人的16亿比特/秒。然而，视神经似乎将这一数据压缩至大约1亿比特/秒。尽管如此，这依然远远不及人类思维的速度，尤其在考虑到来自其他感官的海量信息同步输入的情况下。

“每一刻，我们仅从感官接收到的数万亿信息中筛选出10比特，并利用这10比特来感知周围环境并作出决策，”该研究的通讯作者Markus Meister教授表示。

研究团队指出，单个神经元具备以更高速度传输数据的能力，但其实际运行速率通常仅为约10比特/秒。这一现象可能源于我们远古祖先的生活方式，彼时他们仅需关注觅食与躲避天敌。因此，人类的大脑在某一时刻只能专注处理一种思维。

研究者们在论文中阐述道：“我们的祖先适应了一种节奏较为缓慢的生态环境，在这样的环境中，他们得以生存。事实上，绝大多数情况下，我们的环境变化远比每秒10比特的信息处理速率要慢，而仅在极端条件下，才需达到该速率。”

此发现对于未来科技的发展带来了一丝隐忧。研究者认为，计算机、机器人以及人工智能的运算速度正不断加快，远远超越了人类大脑的处理能力。

关于自动驾驶汽车能否在交通中达到人类水平的讨论似乎已经显得有些过时了：当前的道路、桥梁和十字路口都是为处理速度仅为10比特/秒的生物设计的，”该团队指出。“当最后一位人类司机最终退出驾驶舞台时，我们将有机会更新基础设施，使机器能够以每秒千比特的速度进行高效的信息处理。到那时，人类或许应避免涉足这些高度自动化的领域，正如蜗牛应远离高速公路一般。

对于那些希望通过诸如埃隆·马斯克的Neuralink等系统来增强自身认知能力的人而言，这同样是一个令人沮丧的消息。不论计算机运算速度多么惊人，我们那柔软而古老的生理结构仍将构成不可逾越的瓶颈。根据此前消息，我们预测马斯克的大脑将以约10比特/秒的速度与计算机进行通信。论文指出：“马斯克或许能够借助一部手机，而非Neuralink的电极束，来实现高效的信息传递。经改造的手机设计已经充分考虑了数据传输速率，使之与人类语言的交流速度相匹配，而人类语言本身又与我们的感知和认知过程保持和谐一致。

然而，这项研究仍需在某些细节上进行调整与完善。尽管大脑与计算机在处理信息方面有相似之处，但两者之间存在着本质差异——例如，传统的 ASCII 编码系统需要七位来表示一个字符，而据最新理论，大脑中的每个神经元在处理信息时相当于一个字符。此外，要准确量化各种复杂的人类活动所涉及的信息量，依然是一项极具挑战性的任务。