加州理工学院的研究人员正在尝试计算人类思维的速度。他们得出的数字是令人稍感不安的每秒 10 比特信息。
但我们在这里谈论的是什么?你的思维可能会(结果出奇地慢)认为我们谈论的是像计算机那样的“比特”。在计算机语言中,一个比特可以有两个值之一,通常用二进制数字表示——1 或 0。但这并不对应于传输的信息量,有时被称为“香农”,以克劳德·香农 (Claude Shannon) 的名字命名,而克劳德·香农又被称为“信息论之父”。
“要理解信息的概念,必须将其与数据的概念区分开来。举个例子。我们有一位朋友刚刚生完孩子,我们给她发了一条信息,询问她新生儿的性别。从我们的角度来看,婴儿是男孩还是女孩的几率是相等的。因此,她的回复将恰好向我们发送 1 个香农。为了回应,她可能会向我们发送一个由几个字符组成的句子,每个字符由几位表示。因此,我们将收到 1 个香农的几十位数据,”Télécom Bretagne 副教授 Vincent Gripon 解释道。
“我们的大脑已经习惯了这种事实。据估计,每秒有 1 亿比特的数据从视觉皮层传输到我们大脑皮层的深层区域。大部分数据对我们来说完全没用,而且携带的信息非常少。”
研究信息论的科学家试图量化各种系统的信息,包括语言中每个音节传输的信息量以及整个可观测宇宙中的信息量。在此过程中,他们偶然发现了一个小秘密:我们的大脑不断以惊人的速度接收感官数据,估计为每秒 109 比特,但我们的意识思维处理信息的速度却要慢得多。
正如您所预料的,人类思维很难量化。为了实现这一目标,一项新研究的作者研究了人们执行的任务以及他们在执行过程中处理的信息量。其中一项任务就是手动输入文本。
“一个好的打字员每分钟可以打出 120 个单词。如果每个单词算作 5 个字符,那么这个打字速度相当于每秒击键 10 次。这代表了多少位信息?我们考虑过计算键盘上的按键数,然后取该数字的对数来得到单个字符的熵,但这有点牵强,”该团队在论文中写道。
“英语包含有序的内部结构,这使得字符流高度可预测。事实上,英语的熵仅为每个字符约 1 位。专业打字员依靠所有这些冗余来提高打字速度:如果他们被迫输入随机的字符序列,他们的速度就会急剧下降。”
基于此,他们能够计算出打字员在输入随机字符序列时的思维速度约为……每秒 10 比特。通过观察其他任务(从玩俄罗斯方块到在受控条件下解魔方再到听英语),该团队估计大多数这些任务的执行速度都出奇地慢。
“这个数字非常低,”论文合著者马库斯·迈斯特说。“在任何特定时刻,我们只能从感官接收的数万亿信息中提取 10 比特,并用它们来感知周围的世界并做出决定。这引发了一个悖论:大脑是如何过滤所有这些信息的?”
当我们的大脑处理大量的感官数据时,我们的意识思维似乎以慢得多的速度运行。该团队指出,这可能会对脑机接口的创建产生影响。虽然脑机接口可能有一天会出现,可以加速人类大脑活动,但我们可能受到自身认知能力速度的限制。
更普遍地说,这引发了许多问题,比如为什么我们的神经系统可以并行处理数千个元素,而我们的有意识的思维却以如此缓慢的速度移动。
“人类如何应对每秒 10 比特的速度?直观的答案是,如此缓慢的认知速度足以维持生存,”该团队写道。“更准确地说,我们的祖先选择了一个生态位,在这个生态位中,世界足够慢,可以生存。事实上,只有在最坏的情况下才需要每秒 10 比特的速度,而且大多数时候,我们的环境变化速度要慢得多。”
虽然这是对人类思维中信息速度的一个有趣估计,但研究小组强调,它提出了更多的问题,而不是提供答案,为未来的进一步研究提供了机会。
“特别是,我们的周围神经系统能够以更高的速率从环境中吸收信息,速度达到每秒千兆位。”该团队写道,“这定义了一个悖论:人类行为的微小信息吞吐量与该行为所基于的大量信息输入之间存在巨大差距。这个巨大的比率——大约 100,000,000——在很大程度上仍未得到解释。”
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