人类一生所学不过4GB，加州理工顶刊新研究引热议

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文章摘要

人类信息处理速度仅为每秒10bit，而感官系统却能以每秒10亿bit的速率收集数据。这一发现来自Cell旗下神经科学顶刊Neuron的最新研究，揭示了人类学习积累的上限。按照每秒10bit的速度计算，人类即使24小时不间断学习且不遗忘，100年储存的知识也不过4GB。相比之下，大语言模型每个参数就能存储2bit知识，一个70亿参数的模型能存储140亿bit的知识。这一差距表明，随着算力的提升，机器在各类任务中的表现超越人类只是时间问题。

研究通过评估日常活动如打字、演讲、拧魔方等，得出大脑处理信息的速度约为10bits/s。例如，高级打字员每分钟能打120个单词，平均每个单词按5bit计算，信息传输速率为10bits/s。英语演讲的信息传输速率略高，为13bits/s。盲拧魔方的信息传输速率约为11.8bits/s。综合多种场景，人类思考的速度始终在10bits/s的尺度范围内。假设人类能活100岁，每天24小时不间断学习，最终的“知识储量”也将不到4GB。

人类感官系统以约10亿bits/s的速率收集数据，与处理信息的速度形成鲜明对比。例如，视觉系统中单个视锥细胞能以270bits/s的速度传输信息，而一只眼睛拥有约600万个视锥细胞，双眼视觉系统接收信息的速度高达3.2Gbps/s。接收信息的速度与处理信息的速度之间的差距比值达到108:1。尽管大脑里有超过850亿个神经元，单个神经元能轻松处理超过10bits/s的信息，但整体认知速度并未提升，说明还有其他因素在起作用。

中枢神经系统在处理信息时采用串行方式，限制了信息传输速率。并行处理能同时进行多个任务，如视网膜每秒产生100万个输出信号，同时处理大量视觉信息。而中枢神经系统存在“心理不应期”效应，即同时面对多个任务时，只将注意力集中在一个任务上。这种串行处理方式与演化过程早期的神经系统功能有关，早期生物利用大脑检测气味分子的浓度梯度，判断运动方向进行捕食和避开敌人，逐渐形成了“一次处理一个任务”的认知架构。

10bits/s的速度已能满足人类生存需求，庞大的神经元网络可能用于频繁切换任务和整合不同神经回路之间的信息。论文还调侃了马斯克的脑机接口系统，认为10bits/s的限制源于大脑基本结构，无法通过外部设备突破。与其使用Neuralink的电极束，不如直接使用电话，因为电话的数据传输率已被设计得与人类语言相匹配。脑机接口的关键不在于突破信息速率限制，而是以另一种方式提供和解码患者所需信息。

这项研究由加州理工学院生物学与生物工程系的两位学者完成，Jieyu Zheng是上海交大本科校友，研究重点聚焦于认知灵活性、学习和记忆。Markus Meister是她的导师，研究领域是大型神经回路的功能，重点关注视觉和嗅觉的感官系统。研究发布后，学术圈各大社区展开了广泛讨论，有人认为论文发人深省，也有人对某些估计提出疑问。