دانشمندان سرعت پردازش اطلاعات توسط مغز را کشف کردند

1

رفتار انسان ممکن است سیال و سریع به نظر برسد. تایپ کردن روی صفحه‌کلید یا گفت‌وگوهای پرسرعت گاهی شبیه عملکرد برق‌آسا به نظر می‌رسد. اما پژوهشگران معتقدند که سرعت واقعی پردازش اطلاعات توسط مغز ما به‌طور شگفت‌آوری کند است؛ حدود ۱۰ بیت در هر ثانیه (bits/s).

این تضاد میان حجم داده‌ای که دریافت می‌کنیم و سرعت کندی که ظاهراً آن را به تصمیم‌گیری تبدیل می‌کنیم، پرسش‌هایی درباره نحوه عملکرد مغز ایجاد می‌کند.

چرا این سرعت پایین اهمیت دارد؟

ما در تمام طول روز حجم عظیمی از داده‌های حسی را جمع‌آوری می‌کنیم. نورهای درخشان، صداهای واضح و لمس‌های ظریف جریان پیوسته‌ای از اطلاعات را به مغز ما می‌رسانند.

با این حال، واکنش‌های ما در مقایسه با گیگابایت‌های داده خامی که به چشم‌ها و دیگر حواس ما می‌رسد، کُند به نظر می‌رسد.

مطالعات بسیاری نشان می‌دهند که چه در حال بازی‌های رقابتی ویدیویی باشیم و چه تلاش کنیم یک دسته کامل کارت را به حافظه بسپاریم، همچنان سرعت پردازش ما تقریباً ۱۰ بیت در هر ثانیه باقی می‌ماند.

این یافته‌ها توجه ویژه‌ای جلب کردند، به‌ویژه زمانی که جی‌یو ژنگ و مارکوس مایستر از موسسه فناوری کالیفرنیا دیدگاه‌های جدیدی ارائه کردند که به این بحث افزودند.

آن‌ها اعلام کردند که میزان انتقال اطلاعات در انسان‌ها حدود ۱۰ بیت در ثانیه است.

لایه‌های پیچیدگی در فرآیندهای مغزی

ژنگ و مایستر توضیح می‌دهند که تنها سلول‌های شبکیه چشم ما می‌توانند صدها میلیون بیت در ثانیه انتقال دهند. اما سرعت کلی پردازش اطلاعات توسط مغز برای اقدام یا تفکر اغلب تنها کسری از این ظرفیت است.

آن‌ها اظهار کردند: «این تضاد آشکار… جنبه‌های بنیادی عملکرد مغز را روشن می‌کند.»

آن‌ها به سناریوهایی مانند تایپ کردن یا صحبت کردن اشاره می‌کنند که در آن‌ها عملکرد ما صرف‌نظر از فعالیت، در همان محدوده محدود باقی می‌ماند.

برخی معتقدند که این ممکن است نتیجه‌ای ساده از محدودیت‌های تکاملی ما باشد. دیگران به پیچیدگی مسیرهای عصبی اشاره می‌کنند که شاید مجبور باشند حجم زیادی از داده خام را پالایش کنند تا به انتخاب‌های نهایی ما منجر شوند.

تلاش ما برای رسیدن به بالاترین سرعت

نمونه‌هایی از ورزش‌ها و بازی‌های رایانه‌ای نشان می‌دهند که چگونه وقتی شرایط حساس است، رفتار می‌کنیم. بازیکنان حرفه‌ای تتریس می‌توانند در هر دقیقه نزدیک به دویست حرکت انجام دهند. اما اگر حرکات قابل پیش‌بینی یا تکراری را حذف کنیم، سرعت اقدامات معنادار همچنان با همان مرز ۱۰ بیت در ثانیه همخوانی دارد.

همین الگو در مسابقات حرفه‌ای استارکرفت نیز دیده می‌شود، جایی که انبوهی از ضربات کلید تنها چند اقدام کلیدی را تعیین می‌کنند که نتیجه بازی را مشخص می‌کنند. مطالعاتی که روی سرعت‌حل مکعب روبیک با چشم بسته انجام شده نیز سطح پردازش داده در حدود همان ۱۰ بیت در ثانیه را نشان می‌دهند.

پردازش مغزی یک معماست

چرا برای خروجی نسبتاً محدود خود به میلیاردها نورون نیاز داریم؟

یکی از ایده‌های مطرح‌شده این است که حواس ما حجم عظیمی از اطلاعات را به صورت موازی پردازش می‌کنند، در حالی که تصمیمات آگاهانه ما به صورت متوالی انجام می‌شود.

اگرچه مغز ظرفیت عظیمی برای پردازش موازی دارد، اما اقدامات نهایی (مانند صحبت کردن یا تایپ کردن) یکی پس از دیگری انجام می‌شوند.

پژوهشگران شواهدی از این موضوع در سیستم اولیه دیداری یافته‌اند. شبکیه چشم با فیلتر کردن برخی سیگنال‌ها، کاهش قابل توجهی در داده‌ها ایجاد می‌کند.

مراحل بعدی این داده‌ها را بیشتر پالایش کرده و تنها اطلاعات کلیدی را برای هدایت ما باقی می‌گذارند. برخی دانشمندان به مغز «درونی» اشاره می‌کنند که کند اما انعطاف‌پذیر عمل می‌کند، در حالی که مغز «بیرونی» مقادیر زیادی داده خام را به صورت موازی پردازش می‌کند.

چرا این موضوع مهم است؟

این دیدگاه شاید توضیح دهد چرا خواندن، صحبت کردن و تایپ کردن همگی با یک گلوگاه مشابه روبه‌رو هستند. خواندن یک جمله یا گوش دادن به صحبت‌های دیگران هر دو به مرور تنها چند بیت از معنای اصلی در یک زمان تقلیل می‌یابند.

حتی مسابقات حافظه، جایی که شرکت‌کنندگان هزاران رقم را در عرض چند دقیقه به خاطر می‌سپارند، نشان می‌دهد که سرعت واقعی ذخیره‌سازی اطلاعات جدید نیز با همان نرخ کند مطابقت دارد.

تفاوت در اینجاست که این افراد متخصص از تکنیک‌های هوشمندانه (مانند تصاویر ذهنی ساختاریافته) استفاده می‌کنند تا در این محدودیت‌ها کار کنند.

پیامدهایی برای رابط‌های مغزی

برخی شرکت‌ها امیدوارند دستگاه‌های مغزی-رایانه‌ای بسازند که روش‌های معمولی ورودی را دور بزنند. چند پروژه تلاش کرده‌اند سیگنال‌های دوربین را مستقیماً به شبکیه چشم منتقل کنند.

با این حال، تاکنون هیچ رویکردی از لحاظ وضوح و کارایی بر روش‌های ساده‌ای مانند صحبت کردن یا تایپ کردن غلبه نکرده است.

اگر «چکه» اطلاعات مغز محدودیت اصلی باشد، این دستگاه‌های کاشت‌شده احتمالاً به همان چیزی خواهند رسید که ما در حال حاضر با صدای خود یا دستانمان انجام می‌دهیم.

از اینجا به کجا می‌رویم؟

سؤالات بسیاری هنوز بی‌پاسخ مانده‌اند. پژوهشگران مشکوک‌اند که شاید جیب‌های پنهانی از سرعت در وظایفی که هنوز به‌طور کامل مطالعه نشده‌اند وجود داشته باشد، یا شاید فرآیندهای ناخودآگاهی باشند که هرگز به سطح خودآگاهی نمی‌رسند.

برخی دیگر فکر می‌کنند که انسان‌ها، علی‌رغم این محدودیت‌ها، صرفاً فرهنگ‌ها و محیط‌هایی ساخته‌اند که با سرعتی سازگار با توانایی مغز ما کار می‌کنند.

شاید آینده در شناسایی نحوه عملکرد گونه‌های خاص در زیستگاه‌های خود یا درک چگونگی توسعه روش‌های جدید برای استفاده حداکثری از ۱۰ بیت در ثانیه مغز انسان باشد.

فعلاً به نظر می‌رسد که با وجود شکاف چشمگیر بین آنچه حس می‌کنیم و آنچه انجام می‌دهیم، به‌خوبی کار می‌کنیم.

این مطالعه در مجله Neuron منتشر شده است.