——人的大脑是一直是自然界中最复杂和最神秘的器官之一,目前仍有很多的科学家们在花费精力研究它,但其全部功能和潜力仍然知之甚少。
人的大脑有多强?
哪怕你什么都不做,仅仅静静地坐在那里,你大脑皮层仅仅 一粒沙 大小,就可以处理2000TB的信息(相当于500,000部高清电影)。
据《自然神经科学》杂志预估,人类大脑处理的信息达到200艾字节(1艾字节9=2^60BT),相当于200万兆,相当于当今世界所有的数字内容。
但,人脑也很弱!
从概念来说,相比起电脑处理信息的速度和精度,人脑简直弱爆了!
电脑处理信息的精度是人脑精度的几百万倍
电脑晶体管比大脑神经元处理信号的速度快1000万倍
重要的是, 人体是一个耗散系统, 需要通过源源不断的新陈代谢,才能维持系统的良好运转。
但仅仅一个大脑就需要消耗巨大的算力,但人的身体不止大脑一个器官,最重要维持生命单位的心脏也需要算力,包括躁动的荷尔蒙也需要算力,那这些算力哪里来呢?
多少人以为大脑只负责人的意识运转还有骨骼肌运动。
但是,想想那些你不能自主控制的东西,心跳、排汗、紧张、体温调节、渗透压调节、血压调节、生物节律调节.....神经内分泌几乎控制着人的一切大小生理活动,而这些最后都汇总到人脑。
简单来说 ,为了弥补神经元信号传递速度的不足,人脑通过增加神经元的数量来提升整体算力。人脑拥有约1000亿个神经元和100万亿个神经突触连接,算力达到5000 TOPS(5×10^15),远超普通计算机。 通过数量来弥补算力的不足,这简直是大力出奇迹!
总的来说,大脑皮层才是人类最高级的神经中枢。人们最关心的感官、语言、思维、意志,都是大脑皮层主导。而人类大脑皮层的神经元个数是140亿个,总算力应该在10^14~10^15 OPS之间。也就是说大脑皮层的算力,大约只占整个大脑的15%左右。
所以,真正能用在思维上的算力占比是很少的。正是因为这个原因,大脑在长期演化过程中,成了一个无比节能的系统(哪怕如此,也占了总能量消耗的20%),处理各种信息都进行各种精益求精。
例如,你眼睛接受的信号高像素(几千万)、大内存,但被大脑一加工,直接变成了几个字节储存在大脑内。这种级别的缓存,甚至让你短短10妙之内,无法记清你刚才看过的图片、听过的音乐、看过的书的细节。
看看这个世界上,有着多少强迫症。如果不是这一级缓存太垃圾了,你哪里需要去反反复复确定关没关门这一件事情。
不过好处还是有的!
低字节处理可以让人脑储存的总信息比普通电脑多很多。并且,在回忆的时候,大脑会用超强的脑补能力,弥补丢失的细节。
但由于生物噪声太大,可能会脑补出一些原画面根本没有的东西。
例如,和朋友聊起某一件事情,你觉得自己见到了、听到了、闻到了,但朋友却没有经历过,你反复怀疑是不是自己脑子有毛病,但其实就是你的脑子在后台篡改了一点点数据罢了。
打个比方,如果我们的意志是大脑内的管理员,那么这也是一个权限低得令人发指的管理员。不仅我们对控制中心毫无权限,连软件都只能控制一半(植物性神经不受意志控制)。你认为重要的记忆或者信息,被任意的删改,更是常规操作。
我们的大脑每天都会接受各种各样的新信息,旧信息不以我们意志为转移的每天不停地丢失字节,慢慢变得失真。甚至有的大脑信息被加工得面目全非,常常觉得有人迫害自己,导致精神分裂什么的。有时候某些信息还会影响CPU的功能,导致抑郁什么的。
但相比起电脑,人脑还是有着突出优点的:大脑神经元之间的链接强度是可以根据活动和经验进行修改的。
无论你学滑冰、看书、或者玩游戏,在重复训练的过程中,神经网络会逐渐提高精度和速度。甚至在不断学习的过程中,还能诞生新的突触连接。
人脑之所以有这些能力,主要在于,人类的大脑其实是超多核处理器(单单大脑皮层都可以分成多少个核心区),拥有多层结构的深度学习模式。
所谓的「人类大脑全被开发出来」。按照我们地球碳基生命的设定来说,我们的大脑就是已经开发了100%,从能量和信息处理来说,都达到了极限。
再来看这个问题:
如果人类大脑全被开发出来,永远不会遗忘,将会发生什么?
这是一个典型的“基于错误的假设,用错误的方式,问出的错误的问题”。
这个问题的两个假设(①大脑全被开发出来;②永远不会遗忘)都不可能存在,而且二者之间不可能存在因果关系。
这个问题简单说就是,我们大脑在进行任何思维活动时,都可能调用全脑(100%)的处理资源,以至于,我们对大脑进行ICA分析,其成分的独立性都不能保证。
如果谁在思维过程中仅仅用一半的大脑资源的话,他已经不正常了(比如因为严重癫痫导致的半脑切除),如果有谁的大脑仅仅用来5%,那他早就死了。
所以,除了诈骗领域,不存在所谓“大脑开发"这个概念。在记忆方面,可以简化理解为,对于成人来说,是新的神经元连接的形成和旧的神经元连接的断开:
在学习的过程中,神经元结构进行快速的重构(图右),表现在两个方面:
1)协同放电模式;
2)更多的神经元在该过程中加入到协同放电中,从而促进结构上神经元之间连接的强化。这两种重构都使得新形成的神经连接变得更加“粗壮”,如同肌肉锻炼一样,不过这个过程比肌肉锻炼要快很多,以分钟计。
所以我们仅仅从个人的体验就可以发现记忆和学习不能分开。但另一方面,免疫研究证明,记忆的正常形成和神经系统的免疫活动也分不开,而且,这些免疫活动依赖小胶质细胞的正常功能,而它又直接参与神经连接的剪枝,也就是遗忘。
从这个意义上看,“记忆"和"遗忘"是同一条机制的两个不同的功能表现,没有遗忘就没有记忆,而没有记忆就没有遗忘。如果谁能"永不遗忘”,那他必然记忆不住任何东西,而且大脑的神经免疫完全被破坏,不能进行正常的神经代谢过程,也不能抵御感染和自然发生的神经系统局部炎症,也就是说,这个人必然很快死亡。
注意:
本文用数据对比了人脑与电脑以达到简单易懂的效果,但脱离研究的目的谈论大脑的信息处理能力问题,是完全错误的。
在严肃的神经科学界,人脑在任意尺度和模式上,都不能跟计算机的存储和计算单元进行简单类比,或者进行容量和计算速度类比,那甚至不是拿橘子比苹果,更像是拿"水"和"火"进行比较,二者根本上不属于同一种领域概念。
参考文献
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