2024 年 12 月 17 日

加州理工学院的研究人员已经量化了人类思维的速度：每秒 10 比特。然而，我们身体的感觉系统以每秒十亿比特的速度收集有关我们环境的数据，这比我们的思维过程快 1 亿倍。这项新研究为神经科学家提出了重要的新探索途径，特别是：为什么我们一次只能思考一件事，而我们的感觉系统却可以同时处理数千个输入？

这项研究是在Markus Meister (1987 届博士)的实验室进行的，他是 Anne P. 和 Benjamin F. Biaggini 生物科学教授，由研究生 Jieyu Zheng 领导。描述这项研究的论文于 12 月 17 日发表在《神经元》杂志上。

比特是计算中信息的基本单位。例如，典型的 Wi-Fi 连接每秒可以处理 5000 万比特。在这项新研究中，郑教授将信息论领域的技术应用于大量有关人类行为（如阅读和写作、玩视频游戏和解魔方）的科学文献，计算出人类的思考速度为每秒 10 比特。

“这个数字非常低，”迈斯特说。“我们每时每刻都从感官接收的数万亿信息中提取出 10 位信息，并利用这 10 位信息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？”

大脑中有超过 850 亿个神经元，其中三分之一专门用于高级思考，位于大脑皮层。单个神经元是强大的信息处理器，每秒可以轻松传输超过 10 比特的信息。但为什么它们不能呢？如果我们的思维速度如此缓慢，为什么会有这么多神经元？梅斯特建议，鉴于发现了大脑中的这种“速度极限”，神经科学研究应该在未来的研究中考虑这些悖论。

这项新研究提出的另一个难题是：为什么大脑每次只处理一个想法，而不是像我们的感觉系统那样同时处理多个想法？例如，一个棋手在设想一组未来走法时，每次只能探索一个可能的顺序，而不是同时探索多个。这项研究表明，这或许与我们的大脑进化方式有关。

研究表明，最早具有神经系统的生物主要使用大脑进行导航，以便寻找食物并远离捕食者。如果我们的大脑从这些简单的系统进化而来，以便遵循路径，那么我们一次只能遵循一条思维“路径”就说得通了。“人类思维可以看作是一种在抽象概念空间中导航的形式，”郑和梅斯特写道。该团队强调，未来需要研究这种限制——一次只能遵循一条思路——是如何在大脑结构中编码的。

郑和梅斯特写道：“我们的祖先选择了一个生态位，这个世界运行速度足够慢，足以让我们生存下去。事实上，只有在最坏的情况下才需要每秒 10 比特的速度，大多数时候，我们的环境变化速度要慢得多。”

人类思维速度的新量化方法可能会打消一些科幻小说中的未来场景。在过去十年中，科技巨头们曾建议在人脑和计算机之间建立直接接口，以便人类能够以比正常对话或打字速度更快的速度进行交流。然而，这项新研究表明，我们的大脑将通过神经接口以每秒 10 比特的速度进行交流。

这篇论文的标题是“难以忍受的缓慢存在：为什么我们生活在 10 比特/秒的速度下？”论文由西蒙斯全球脑合作组织和美国国立卫生研究院资助。Markus Meister 是加州理工学院陈天桥和雒芊芊神经科学研究所的附属教员。

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