Zheng, J. , & Meister, M. (2024). The Unbearable Slowness of Being: Why do we live at 10 bits/s? arXiv:2408.10234v2 [q-bio.NC].✅
Caltech. (2024). Thinking Slowly: The Paradoxical Slowness of Human Behavior. Retrieved from https://www.caltech.edu/about/news/thinking-slowly-the-paradoxical-slowness-of-human-behavior.
🌌 引言：思维的速度与感知的鸿沟
在我们的日常生活中，感知似乎是无缝的，信息的流动如同涓涓细流。然而，深入探讨后，我们会发现人类思维的速度与感知的速度之间存在着巨大的鸿沟。根据加州理工学院的研究，尽管我们的感官系统能够以每秒约 10 亿比特的速度收集数据，但我们的思维过程却仅能以每秒 10 比特的速度进行。这一发现不仅揭示了人类思维的局限性，也为神经科学的研究提供了新的视角。
🧠 神经元的速度限制
研究的核心在于揭示大脑为何在处理信息时存在速度限制。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维，位于大脑皮层。尽管单个神经元能够传递超过 10 比特每秒的信息，但为何整体思维速度却远低于这一水平？这一问题引发了对神经元功能和大脑结构的深入思考。
1. 信息处理的基本原理
在信息论的框架下，思维速度的测量可以通过对人类行为的观察来实现。例如，在打字时，熟练的打字员每分钟可以输入 120 个单词，每个单词平均 5 个字符，这意味着每秒大约 10 次按键。通过计算每个字符的信息量，我们可以得出打字员的思维速度约为 10 比特每秒。这一计算过程的关键在于如何区分信号和噪声，确保我们只关注对任务有实际贡献的信息。
2. 算法实现的细节
在研究中，Zheng 和 Meister 提出了一个信息论框架，能够量化人类行为的信息传递速率。以下是算法实现的具体步骤：
步骤 1：数据收集
首先，研究团队需要收集大量关于人类行为的数据。这些数据可以来自多种来源，包括实验室实验、日常生活中的观察以及现有的文献资料。每种行为的时间尺度和信息速率都需要被记录。例如，研究人员可以记录打字、阅读、游戏等活动的时间和表现。
步骤 2：信号与噪声的区分
在数据收集后，研究人员需要明确每种行为的信号和噪声。例如，在打字实验中，记录每次按键的时间和字符，同时排除由于手指动作产生的微小变异。为了实现这一点，可以使用高精度的计时设备和数据记录软件，以确保每次按键的时间精确到毫秒。
步骤 3：熵的计算
使用香农熵公式计算每种行为的信息量。熵的计算公式为：
$$H(A. = -\sum_{i} p(a_i) \log_2 p(a_i)$$✅
其中 $p(a_i)$ 是第 $i$ 个动作的概率分布。该公式的核心在于通过计算不同动作发生的概率，来量化行为的复杂性和不确定性。
步骤 4：信息率的估算
根据收集的数据，计算每种行为的信息率。信息率的计算公式为：
$$I = H(A. – H(A|C)$$✅
其中 $H(A|C. $ 是在已知上下文的情况下，下一秒执行某个动作的条件熵。通过这一公式，研究人员能够量化在特定上下文中，个体行为的可预测性。✅
步骤 5：结果分析
将不同类型的行为进行比较，分析其信息率的差异，探索人类行为的普遍规律。研究团队可以使用统计分析软件对结果进行可视化，帮助识别不同任务之间的模式和趋势。
3. 行为信息速率的实证研究
在对不同人类行为的研究中，Zheng 和 Meister 发现，无论是打字、阅读还是玩游戏，信息速率普遍维持在每秒 10 比特左右。这一发现挑战了我们对人类认知能力的传统看法，并提出了新的研究方向。
3.1 打字行为的分析
以打字为例，研究人员通过观察多个打字员的表现，记录每个打字员在特定时间内的输入字符数。通过计算每个字符的信息量，结合打字员的输入速度，最终得出打字行为的信息速率约为 10 比特每秒。这一结果表明，尽管打字员的输入速度较快，但信息的实际传递速度却受到限制。
3.2 阅读行为的分析
在阅读实验中，研究人员记录参与者的眼动轨迹和阅读速度。通过分析参与者在阅读特定文本时的停顿和回视，研究人员能够量化阅读过程中的信息处理速率。结果显示，阅读行为的信息速率也在每秒 10 比特左右，进一步验证了人类认知的普遍限制。
3.3 游戏行为的分析
在游戏行为的研究中，研究团队观察了专业玩家在进行复杂游戏时的表现。通过记录玩家在游戏中的决策速度和反应时间，研究人员发现，尽管玩家在高强度的游戏环境中表现出色，但其信息处理速率依然保持在每秒 10 比特左右。
🔍 未来研究的方向
研究团队强调，未来的神经科学研究应当关注以下几个方面：
进一步探索大脑如何编码单一思维的限制，尤其是在复杂任务中如何进行信息筛选。
研究人类大脑在进化过程中如何适应环境，理解为何我们只能同时处理一条思维路径。
探索如何利用这一发现来改进脑机接口技术，提升人机交互的效率。
🌐 结论：思维的缓慢与生存的智慧
人类思维的缓慢并非缺陷，而是我们在特定生态环境中生存的结果。我们的祖先选择了一个相对缓慢的生态位，这使得以每秒 10 比特的速度进行思考在大多数情况下足以应对生存挑战。未来的研究将继续揭示这一悖论背后的深层机制，帮助我们更好地理解人类思维的本质。
参考文献