现代科学的伟大事业之一是理解大脑。这个器官，我们所知的最复杂的机器，是进化生物学的奇迹。它处理海量信息以设定目标、完成任务和驾驭复杂环境，其方式常常让世界上最强大的超级计算机都自愧不如。值得注意的是，它重量与一袋面粉相近，运转所需的能量仅相当于一碗粥。
然而，加州理工学院帕萨迪纳分校的郑杰宇（Jieyu Zheng）和马库斯·迈斯特（Markus Meister）表示，这种惊人能力的核心却是一个悖论。人类感官以惊人的速度将信息输入大脑，但以语言和行动形式输出的信息却慢得多。这就像胡佛水坝开闸，却只流出一滴水。
这是为什么呢？郑和迈斯特探讨了这个问题，并表示这代表着一个深刻的神经科学问题，亟待实验研究。他们的号召对于我们理解大脑运作方式、神经网络的本质以及盲人辅助技术和普遍的脑机接口（如埃隆·马斯克的Neuralink技术）等实际应用具有重要意义。
信息悖论
郑和迈斯特通过回顾测量大脑接收和处理信息速率的研究，阐述了这一悖论的本质。事实证明，我们的感官捕获了大量数据。
例如，他们说眼睛中的光感受器以相当于每秒270比特的速率将接收到的光量转换为连续变化的膜电位。由于一只眼睛包含约六百万个感受器，因此总数据速率为每秒1.6吉比特。
这些信息进入神经系统，其运作方式相当不同。神经元通过动作电位或“尖峰”传递信息，每个“尖峰”携带2比特。神经元的放电速率高达每秒50次，因此可以达到每秒约100比特的速率。
视神经包含约100万个神经元，因此眼睛以每秒约100兆比特的速率向大脑发送信息。换句话说，视觉系统已经开始压缩这些数据。郑和迈斯特说：“视网膜内部的回路已经将视觉信号大幅压缩，至少压缩了10倍。”他们补充说，视觉皮层处理将这一过程推向更深。
这引出了一个有趣的问题：当这些信息达到感知层面时，已经进行了多少压缩？简单来说，我们思考的速度有多快？
郑和迈斯特转向了各种测量大脑信息输出的实验。这些研究范围涵盖了语言、触键打字、视频游戏、记忆任务等方面的数据吞吐量。
在所有这些涉及感知和行动的场景中，大脑处理信息的速率或多或少是相同的。“这些研究跨越了大半个世纪，得出了惊人一致的结果：人类的信息处理速率约为10比特/秒，”他们说。
这是一个非凡的结果。这意味着与我们在环境中接触数据的速率相比，数据感知的速率微乎其微。郑和迈斯特举了一个家用WiFi网络的例子，它以每秒100兆比特的速度传输Netflix节目，尽管我们的大脑每秒吸收的流量永远不会超过10比特。
我们吸收信息的速度极其有限，这对于我们能够存储的总量具有重要意义。研究人员指出，如果人脑以每秒10比特的速度吸收数据，那么在100年内，每天24小时运行，它吸收的数据量不会超过约4吉比特。
当然，DNA编码着决定大脑结构和功能的信息。但即使考虑到这一点，也只增加了不到1吉比特。“即使包含了基因组的信息，这仍然可以轻松地装进你口袋里携带的U盘中，”他们总结道。
对于埃隆·马斯克及其通过与外部世界建立直接连接来增加大脑带宽的尝试，研究人员发出了令人警醒的信息。他们指出，人们很容易想象自己的内心独白比他们能够交流的要丰富得多。但这是一种错觉。
大脑以大约每秒10比特的速度感知世界，这在理论上允许每秒2^10种可能的思维。郑和迈斯特说：“因为我们可以在下一秒进行2^10种可能的行动或思维中的任何一种，所以我们感觉好像可以同时执行所有这些。”
数据幻觉
这是一种被称为主观膨胀的错觉。实际上，每个想法都是按顺序发生的。“根据此处回顾的关于人类认知速度的研究，我们预测马斯克的大脑将以大约10比特/秒的速度与计算机进行通信，”两人说。
如果他们是对的，那么对辅助技术的影响是显而易见的。例如，人造视网膜试图以吉比特的速度将信息输入神经系统。“正如人们可能预测的那样，这种方法惨遭失败：经过几十年的努力，所有植入患者仍然是法定盲人，”郑和迈斯特说。
相反，更好的方法可能是以大脑易于处理的速度，即大约每秒10比特的速度，将预处理的信息输入大脑。这可能包括场景中物体和人物的身份和位置，从而实现互动、避障等功能。研究人员说：“这可以通过自然语言轻松完成：计算机将视觉场景实时翻译成语音，并根据用户的需求向其讲述。”
对于协助瘫痪或以其他方式残疾的人的技术，也可以提出类似的论点。
这项重要的工作，研究人员希望能够激发新一代的实验，以更好地描述大脑以这种方式运作的方式。它提出了许多令人兴奋的、未解答的问题。例如，其他物种感知速度有多快，如何最好地利用我们新发现的认知限制，以及为什么大脑是顺序而不是并行感知信息。正如郑和迈斯特所说：“为什么认知一次只局限于一项任务，而不是同时进行许多条线索——可能是成千上万到数百万条？”
超越所有这些的是一个连郑和迈斯特都不敢提及的现象——意识现象。这个词充满了争议，以至于作者们刻意避免提及它。但如果说除了这一点之外，还有什么可以肯定的话，那就是意识无疑是一种信息现象，以及其处理的速度。
这篇论文核心的悖论——“存在”的体验与传递给它的海量数据相比异常缓慢——无疑为探索意识提供了一条有希望的途径。
参考文献：存在的难以承受的缓慢：arxiv.org/abs/2408.10234
