信息傳輸?shù)乃俣仍絹碓娇?，我們?nèi)缃裆踔烈呀?jīng)習慣了以千兆比特每秒計算的網(wǎng)絡速度，習慣了每秒進行數(shù)百萬次運算的智能設備。但作為這些技術的創(chuàng)造者和使用者，人類大腦的信息處理能力究竟如何？

近期，美國加州理工學院的一項研究對其進行了量化：人類的認知處理速度僅有10比特／秒。這似乎是一個極低的數(shù)字，每時每刻，人類從其感官接收的數(shù)萬億比特信息中，只提取了10比特的信息，用這10比特的信息來感知世界，然后做出決策。

那么，大腦究竟是如何來過濾這些信息的？研究團隊對這一問題嘗試做出了解釋。

日前，相關前瞻性文章以《無法忍受的存在之緩慢：為什么我們的生活速度只有10比特／秒？》為題發(fā)表。

研究團隊采用信息論的方法，系統(tǒng)性地分析了人類在各種認知任務中的表現(xiàn)。他們收集和研究了近一個世紀以來關于人類認知能力的實驗數(shù)據(jù)，范圍涵蓋了從基礎感知到復雜認知任務的多個領域。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論任務類型如何，人類的信息處理速度始終維持在每秒10比特左右的水平。

這個數(shù)字意味著什么？讓我們通過具體例子來理解。在打字測試中，即使是熟練的打字員，每分鐘也只能打出120個單詞。

考慮到英語語言中的信息冗余度，每個字符實際攜帶的信息量約為1比特，這樣的打字速度轉(zhuǎn)換為信息處理率正好是10比特／秒。

在語音交流方面，英語教學中推薦的演講速度是每分鐘160個單詞，轉(zhuǎn)換為信息率約為13比特／秒，雖然略高于打字速度，但仍在同一數(shù)量級內(nèi)。

有點不符合我們直覺的是，在專注力要求更高的任務中，這個速度也沒有太大變化。在盲解魔方比賽中，世界紀錄保持者需要5.5秒來觀察魔方的狀態(tài)。

考慮到魔方的可能排列數(shù)高達4.3×1016（約等于65比特的信息量），這意味著選手在觀察階段的信息獲取速率為11.8比特／秒。

即便在記憶相關的比賽中，最頂尖的選手在“5分鐘二進制數(shù)字”項目中能記住1467個數(shù)字，在“速記撲克牌”項目中能在12.74秒內(nèi)記住52張牌的順序，這些看似非常的成就所對應的信息處理速率仍然維持在5-18比特／秒的范圍內(nèi)。

這個看似緩慢的認知速度與人類感知系統(tǒng)的輸入能力形成了鮮明對比。我們的視覺系統(tǒng)每只眼睛擁有600萬個視錐細胞，每個細胞可以傳輸約270比特／秒的信息，總輸入容量達到驚人的1.6吉比特／秒。即使經(jīng)過視神經(jīng)的初步處理，信息傳輸量仍保持在100兆比特／秒的水平。這意味著，從感知到認知處理，大腦將信息壓縮了約1億倍。

研究者提出了一個重要概念來描述這種壓縮：篩選數(shù)。這個數(shù)值等于感知信息率除以行為輸出率。舉個例子，一只眼睛中有600萬個視錐細胞，容量約為1.6吉比特／秒。

打字員的大腦從巨大的比特流中篩選出正確執(zhí)行行為任務所需的10位／秒。那么，其壓縮數(shù)即為1.6×10。這個巨大的數(shù)字反映了大腦中信息處理的基本特征：從海量的感知輸入中提取出對行為真正重要的少量信息。

為了解釋這種信息壓縮機制，研究團隊提出了“外腦”和“內(nèi)腦”的概念模型。“外腦”包括感知和運動系統(tǒng)，負責處理高維度的原始信息。這些系統(tǒng)通常采用并行處理方式，能夠同時處理多個信息通道。例如，視覺系統(tǒng)可以同時處理顏色、形狀、運動等多個特征。

相比之下，“內(nèi)腦”系統(tǒng)負責更高層次的認知處理，如決策和行為控制。這個系統(tǒng)采用串行處理方式，一次只能處理一個信息流。這種串行處理可能是由進化歷史決定的。

研究者認為，早期生物的神經(jīng)系統(tǒng)主要用于追蹤食物等簡單任務，這種任務本質(zhì)上是串行的：生物在某個位置感知環(huán)境，然后決定下一步行動。

這種串行處理模式在進化過程中得以保留，并可能發(fā)展成為現(xiàn)代人類大腦的基本工作模式。這解釋了為什么我們無法同時進行多個認知任務，即使我們的感知系統(tǒng)能夠并行處理大量信息。例如，在聽多人同時說話時，我們只能真正理解其中一個人的內(nèi)容，即便耳朵同時接收了所有人的聲音。

研究團隊還發(fā)現(xiàn)，這種限制似乎是跨物種的普遍現(xiàn)象。即使在果蠅這樣的簡單生物中，行為輸出的信息率也遠低于其感知系統(tǒng)的輸入率。這進一步支持了這種信息壓縮機制可能是神經(jīng)系統(tǒng)進化過程中的基本特征。

從神經(jīng)科學的角度來看，這種信息壓縮可能發(fā)生在多個層次。在感知階段，神經(jīng)系統(tǒng)就開始進行信息篩選。

例如，視網(wǎng)膜不僅僅是被動地傳遞光信號，而是會提取視覺場景中的重要特征。這種篩選過程在大腦皮層中繼續(xù)進行，最終只有極少量但關鍵的信息被用于行為決策。

這項研究不僅揭示了人類認知處理的基本限制，也為理解大腦的工作原理提供了新的視角。它表明，大腦的核心功能可能不是處理更多的信息，而是更有效地篩選和壓縮信息。

換句話說，大腦的真正天才之處在于能夠從紛繁復雜的感知信息中，準確提取出對生存和行為真正重要的關鍵信息。這種認識正在重塑我們對大腦工作機制的理解。

這項研究對腦機接口領域或許也具有重要啟示。例如，馬斯克的腦機接口公司試圖通過植入芯片提高人腦的信息處理帶寬，但研究表明這種努力可能存在根本性限制。因為即使建立了更快的輸入通道，人類認知本身的處理速度仍然可能維持在10比特／秒左右。

不過，團隊認為，這個認知速度限制可能并非完全是劣勢。在日常生活中，這個處理速度通常已經(jīng)足夠應對環(huán)境變化。但這也解釋了為什么年輕人會覺得現(xiàn)實世界“太慢”，而尋求快節(jié)奏的視頻游戲來獲得刺激。

他們建議，未來需要更多關注“內(nèi)腦”的工作機制，尤其是它在有限的處理帶寬下實現(xiàn)靈活認知的能力。同時，這些發(fā)現(xiàn)也為開發(fā)更符合人類認知特點的人工智能系統(tǒng)和輔助技術提供了重要參考。