人类一生知识获取上限：从大脑信息处理剖析

在探索人类认知边界的征程中，一个令人震撼的发现悄然浮现 —— 科学家经过严谨计算，揭示了人类一生所能获取知识的上限。这一发现犹如一颗投入认知海洋的石子，激起层层涟漪，引发了我们对大脑信息处理、知识积累以及人类与科技关系的深度思考。

我们的大脑宛如一个神秘而复杂的宇宙，其中栖息着超过 850 亿个神经元，这一庞大的数量级令人惊叹。而大脑皮层作为大脑的 “智慧核心”，汇聚了三分之一的神经元，它们相互交织，构建起一个错综复杂的神经网络。这个神经网络堪称高级思维活动的 “指挥中心”，从我们日常的思考、决策，到艺术创作、科学探索，无一不是它在背后默默运作。过去，科学家们常常对这个神经网络的浩瀚无垠感到惊叹，甚至一度认为我们仅仅开发利用了其中极小的一部分潜能，仿佛大脑中还隐藏着一片尚未被开垦的知识沃土，等待着我们去挖掘。

在一篇发表于顶尖学术期刊《神经元》（Neuron）的观点性论文中，来自美国加州理工学院的研究人员运用独特的研究视角和科学的计算方法，为我们揭开了人类知识获取上限的神秘面纱。

要计算我们一辈子能积累多少知识，首先得从大脑处理信息的速度说起。研究人员以日常生活中常见的打字和说话活动作为切入点，为我们生动地展示了大脑信息处理的速率。在英语体系中，每个字符所蕴含的 “信息量”，也就是熵，大约为 1 比特。假设一位熟练的打字员每分钟能够敲击出 120 个单词，换算下来每秒约 2 个单词，而平均每个单词由 5 个字母组成，那么通过简单的计算就能得出，打字员的信息处理速度大约为每秒 10 比特。即便是信息传递更为迅速的口头表达，按照每分钟说 160 个单词来计算，其信息处理速度也不过每秒 13 比特。

研究人员并未满足于此，他们运用同样的研究方法，进一步拓展到人类在各种不同场景下的信息处理速度估算。从经典的实验室实验场景，到充满激情与挑战的现代电子竞技领域，都在他们的研究范畴之内。研究结果显示，人类在不同场景下处理信息的速度大致介于每秒 5 比特到 50 比特之间。即便是在《星际争霸》这样紧张刺激的电子竞技比赛中，职业选手在比赛最为激烈的时刻，每分钟能够敲击 1000 次按键，其信息处理速率也仅仅达到每秒 16.7 比特。总体而言，人类思考的速度基本维持在每秒 10 比特的尺度上。

这一研究结果乍听之下，似乎与我们的日常认知大相径庭。在当今这个信息爆炸的时代，我们常常自诩思维敏捷，信息获取和处理速度飞快。当我们看到网盘下载速度停留在每秒几千比特（Kbps）时，心中难免会涌起急躁和不满；在观看视频、收听播客时，我们甚至习惯了以二倍速、三倍速的方式播放，以追求更快的信息获取效率。然而，现实却给我们泼了一盆冷水，与我们对信息速度的高期待相比，大脑处理信息的能力显得格外 “缓慢”。

但深入探究就会发现，问题的关键并非在于我们接收信息的速率。事实上，我们的周围神经系统每天从环境中获取信息的速率堪称惊人，可以达到每秒吉比特（Gbps）。以我们的视觉系统为例，单个视锥细胞就能以每秒 270 比特的速度传输信息，而仅一只眼睛就拥有约 600 万个视锥细胞。简单计算可知，光是双眼视觉系统接收信息的速度就高达每秒 3.2 吉比特。如此巨大的信息接收量，与大脑每秒仅能处理 10 比特信息的速度相比，两者之间的差距竟然达到了令人咋舌的 108:1！

按照每秒 10 比特的速度来计算，如果一个人从出生那一刻起，便马不停蹄地学习，且拥有过目不忘的本领，完全不会遗忘任何记忆，并且能够如此幸运地活到 100 岁，那么经过漫长岁月的积累，最终储存的知识总量也不足 4GB。这一数字，甚至比不上如今一个普通 U 盘的容量，着实令人难以置信。

然而，研究人员指出，尽管大脑处理信息的速度看似 “低效”，但从演化的角度来看，这样的速度其实已经能够满足人类的生存需求。毕竟，我们所生活的自然环境大多变化相对较为缓慢，而大脑这一 “缓慢” 的处理能力，实际上已经远远超出了应对这些缓慢变化的基本需求。在漫长的演化过程中，大脑的信息处理速度是经过自然选择和优化的，它并非追求绝对的速度，而是在速度与效率之间找到了一种平衡，以确保人类能够在复杂多变的环境中生存和繁衍。

那么，为何我们的大脑在处理信息时如此 “缓慢” 呢？研究人员将这一现象归因于并行处理和串行处理的差异。我们的周围神经系统在接收信息时，采用的是并行处理方式，这意味着多个任务可以同时进行。就像我们的视网膜，它每秒会产生 100 万个输出信号，每一个信号都是视网膜神经元对视觉图像局部计算的结果，这些信号随后被传输到初级视觉皮层进行进一步加工处理。这种并行处理方式使得周围神经系统能够高效地接收大量的环境信息。

然而，我们的中枢神经系统在处理信息时，却采用了串行方式。也就是说，中枢神经系统需要完成一个任务后，才能接着进行下一个任务。当多个任务同时出现时，中枢神经系统会进入所谓的 “心理不应期”（psychological refractory period），在这个时期，它只会将注意力高度集中在其中一个任务上。这种机制很好地解释了为何在嘈杂喧闹的环境中，我们依然能够专注于特定的对话。例如，在热闹的聚会场合，周围充满了人们的交谈声、音乐声以及各种嘈杂的背景音，但我们却能将注意力聚焦在与朋友的交流上，忽略其他无关信息，这正是中枢神经系统串行处理机制在发挥作用。

实际上，我们的大脑在面对海量的感官体验时，只会有选择性地处理其中一小部分信息。只有经过筛选的这部分信息，才会进入我们的意识层面，并最终转化为记忆。研究人员认为，大脑之所以以如此缓慢的速度处理数据，却又需要如此庞大复杂的神经元网络，是因为人类在日常生活中需要频繁地切换任务，并在不同的神经回路之间进行信息整合。以开车为例，在驾驶过程中，我们需要在看路、观察仪表盘、查看后视镜和查看导航等多个任务之间快速切换，而每个任务都涉及不同的信息处理模式。这种频繁的任务切换和信息整合，对大脑的神经元网络提出了很高的要求，也导致了大脑信息处理速度相对缓慢。

进一步探究大脑演化出这种串行处理机制的原因，我们可以追溯到演化过程的早期。那些最早拥有神经系统的生物，其大脑的核心功能相对简单，主要是检测气味分子的浓度梯度，以此来判断运动方向，从而实现靠近食物或避开捕食者的生存目的。由于生物在同一时刻只能处于一个位置，并且只能选择一条路径前行，因此这种只解决单一问题的架构逐渐在漫长的演化过程中，演化为了今天中枢神经系统的基础。这种演化历程体现了生物在适应环境过程中的逐步优化，虽然大脑信息处理速度相对较慢，但却能够满足生物在特定环境下的生存需求。

如果我们观察记忆高手的记忆秘诀，也能发现类似的机制。在记忆比赛中，选手们常常会借助一个熟悉的场景，比如一条熟悉的街道，而后将需要记住的项目巧妙地放置在沿途的各个位置。在回忆时，他们会在脑海中想象自己再次走过这个场景，依次 “看到” 那些预先放置好的项目，从而实现高效的记忆提取。研究人员由此提出，人类的思维实际上可以被看作是在抽象概念空间中进行导航的一种形式。我们的大脑通过构建各种概念和场景，将信息有序地存储和组织起来，以便在需要时能够快速准确地提取和运用。

正因为我们大脑处理信息的速度相较于自然环境的缓慢变化仍存在大量冗余，许多人在日常生活中难以忍受这种慢节奏，从而寻求各种刺激来挑战大脑的处理极限。例如，滑雪、跳伞等高速运动，以及快节奏的电子游戏，都能让我们的大脑逼近其处理极限。在这些刺激的活动中，大脑需要快速地接收和处理大量的信息，这种挑战往往能给人带来兴奋和满足感。然而，在《星际争霸》等电子游戏的人机对战中，我们却深刻地感受到了人类与机器在信息处理速度上的巨大差距。机器并没有人类的处理速率限制，它们能够以极快的速度进行信息处理和决策。因此，如果不对机器的操作速度进行限制，人类在与机器的对抗中根本毫无胜算。这也让我们深刻认识到，在信息处理速度这一领域，机器已经超越了人类的能力范畴。

随着科技的飞速发展，计算能力不断提升，机器在各类任务中的表现超越人类似乎只是时间问题。当自动驾驶技术全面取代人类司机的那一天到来，我们的道路、桥梁、交叉路口等基础设施也将迎来彻底的变革。这些过去为了适应人类信息处理速度而设计的系统，在机器的高速信息处理能力面前，将不再适用。届时，这些区域甚至可能禁止人类步行进入，因为在机器的 “世界” 里，人类的反应速度实在太慢了。想象一下，一个人贸然走上高速运转的智能交通系统，就如同一只蜗牛横穿高速公路，还没来得及意识到危险，就可能遭遇不测。这一设想虽然有些夸张，但却生动地描绘了人类与机器在信息处理速度差异下的未来场景。

在这篇论文中，作者还对马斯克的脑机接口设备进行了一番探讨。马斯克认为，人类在信息处理上存在种种限制，主要是因为肉体的带宽不足，例如我们只能通过手指敲击键盘、语音等有限的方式输入信息。他设想，如果能够通过高带宽接口直接连接人脑和计算机，我们就能以无拘无束的速度与人工智能交流，甚至实现共生。然而，在作者看来，这种想法过于理想化。因为即使接入了高带宽的设备，人脑依然只能以每秒 10 比特的速度向计算机发出信号。这一限制并非来自外部设备的性能瓶颈，而是源于我们大脑的基本架构。作者幽默地表示：“与其使用 Neuralink 电极，马斯克其实用一部电话就足够了。毕竟，电话设计的数据传输速率与人类语言表达相匹配，而语言表达又与我们感知和认知的速度相适应。” 这一观点虽然看似调侃，但却深刻地揭示了脑机接口在提升信息传输速率方面所面临的困境。

不过，作者对脑机接口领域并未完全失去信心。他们认为，这项技术的未来发展方向并不在于单纯地提升信息传输速率，而在于如何更精准地提供和解码最重要的信息。例如，对于盲人来说，如何帮助他们通过脑机接口技术感知场景中的物体与人物的位置和身份；对于瘫痪患者，如何解码他们的运动意图，并将这些意图传输给机械外骨骼，帮助他们重新获得行动能力；对于肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者，如何解码他们想要表达的语言信息，让他们能够重新与外界进行有效的沟通。这些才是脑机接口技术更具现实意义和应用价值的发展方向。

人类一生所能获取的知识存在上限，这一事实虽然令人感到惊讶，但也让我们更加深刻地认识到大脑的奥秘和人类认知的边界。我们并不需要成为思维速度的冠军，才能在这颗星球上生存和创新。与其盲目地追求速度极限，不如专注于如何更高效地理解、选择和利用有限的信息。在这个信息爆炸的时代，我们应该学会筛选和整合信息，发挥大脑的优势，以更智慧的方式面对知识的海洋。同时，科技的发展虽然在某些方面超越了人类的能力，但也为我们提供了新的机遇和挑战。我们应该积极探索科技与人类认知的融合，让科技成为我们拓展知识边界、提升生活质量的有力工具。