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為什麼大腦反應這麼慢?生命演化的智慧

http://finance.sina.com   2017年04月20日 18:38   北京新浪網

  來源:大科技公衆號

  在世界金融中心的紐約股票交易中心,有一台自動金融交易機。它同時也是一台電腦,可以在1毫秒(即1/1000秒)的時間裏,得出一個複雜運算的結果。通過實驗,科學家還發現蒼蠅對外界刺激的反應也很快。經測量,它的神經反應僅需幾毫秒,而且還很精確。

  反觀人類的大腦,即使做一個很簡單的運算,也不會少於200毫秒。實際上人腦的運算過程不僅緩慢還易變,而且基本都在數百毫秒之上。相比之下,人類的大腦真是非常“拖沓”。那麼,為什麼人腦會這麼慢呢?

大腦運算機制:大規模並行系統大腦運算機制:大規模並行系統

  如果從電腦的原理來看,顯然大腦在運算時,要麼“內存”不足,要麼産生了“電子”碎片和干擾,致使被拖累變慢。實際上,真的如此嗎?

  先看一個實例。假如人們外出登山時,路上遇到一條蛇,這時大腦會怎麼反應?最終又採取了什麼措施?可能會有很多種情況。第一,大腦要判斷這是不是毒蛇,如果是毒蛇該怎麼防護?第二,如果不是毒蛇,要不要上去打死它?第三,要不要站住不動,等蛇自己爬走?因為蛇是高度近視,感覺不到威脅它也不會出擊。第四,要不要轉身逃跑?跑的時候要不要以S形路線?因為蛇在S形路線上速度明顯減慢。第五,要不要以迅雷不及掩耳之勢,迅速伸手抓住蛇的頭頸部位,然后一擊斃命?第六,如果一把沒抓住蛇,下一步該怎麼辦?等等,或許還會有更多的可能選擇。這些都在一瞬間從大腦閃過,但是最終人們會選擇一個最穩妥的方案。

  這就是大腦的工作原理,它會考慮面臨的所有可能情況,然后從中選擇一個最安全的措施。與電腦不同,人類大腦可以同時“運行”數以百萬計的獨立運算。大腦是以大規模並行運算而構造的,而且它也必須這麼做,因為人類要在自然界生存下去。

  自然環境裏充滿了很多不確定性,不知什麼時候會遇到意外,這種隨機性根本無法預測。因此經過生命的長期演化,大腦的作用不是用來處理某個特定運算,而是從一個廣闊的可能性選擇中運算出一個最佳化選擇,使個體達到利益最大化,從而在不可測的環境中生存下來。所以在人類每一次行動之前,大腦已經運算了許許多多可能的選擇及其后果,而且這些運算是在不到1秒的時間內完成的,從這個角度來看,大腦的反應速度還是十分驚人的!

找到大腦運算延遲的區域找到大腦運算延遲的區域

  在研究癲癇患者的病情時,科學家發現了這個重大成果。

  起初,科學家把電極臨時插入患者的大腦,只是為了觀測他們的病情,但后來卻有了意外發現,而這個發現還很有價值。當癲癇患者面臨選擇時,他們嘴裏會重覆某種音節,有的患者手指則在不停擺動。在他們做決定的過程中,如果用電擊干擾內側前額葉皮層(大腦皮層的一個重要區域),他們就會不由自主地加快選擇過程。只有干擾內側前額葉皮層,才會有這種效果。

  另外,如果在內側前額頁皮層內部的不同區域進行精確地電擊干擾,還會帶來不同反應,比如有的癲癇患者说話語速會加快,有的手指活動頻率會加快。這個結果令科學家十分欣慰,因為這種加速恰好與之前的預測相吻合。科學家預測,大腦如果沒有時間“拖沓”,就會更早地決斷。

  因此科學家推論,人體所有的神經反應(如上面提到的逃跑、站住、打蛇等等)都是通過神經元一個一個地相互傳遞、相互作用,最后上升到大腦。大腦是最高層次,在這裏每一種神經反應都會得到最終的肯定或否定。其中,內側前額葉皮層起着重要作用,這一區域似乎是所有神經反應的中央彙集地,與大腦的反應延遲有密切關係。如果內側前額葉皮層遭到損害,反應時間就會縮短,也就是说,大腦反應速度會更快,更早地做出最終決定。當然了,這將是以欠考慮為代價的,即“衝動的懲罸”。

  最終同一時間內,只有一種神經反應能得到大腦的肯定,大腦肯定之后就變成人的最終決定。只有這樣,人才能保證身體平衡動作協調,器官機能不致紊亂。這個所有神經反應的過程,好比是贏家通吃的一個競爭。為確保競爭公平,自然就會有一段時間來“公平展示”,這恰好就是大腦的拖沓。也正因為反應延遲,大腦才有時間對外界所有的可能選擇及其后果進行權衡,並最終做出最佳化選擇。

  決策機制:生命演化的智慧

  很明顯,在人類大腦的決策機制下,如果不讓每一個可能的選擇都“發發言”,不經歷幾百毫秒的遲延,大腦就不會“下定決心”。好比在人體的神經系統裏,開了一個民主表決會,所有參會者都要發言,但是最終只有一個得到表決通過。

  大腦的決策延遲是良性的,它在下一步行動之前抱着深深的懷疑傾向,並確保在行動之前排除一切可能的隱患。這是生命演化的智慧,一切都為了生存,是經歷漫長過程而形成的。

  相比而言,電腦雖然快,但也有弊端。2010年5月6日,美國道瓊斯工業指數突然莫名其妙地暴跌,從10867點猛然下跌到9869點,創造了歷史上單日下跌點數最大的紀錄。事后人們追查下來才發現,當天操作員失誤造成了一些意外情況,而電腦沒有能力應對這些意外情況。

  電腦本身沒有出一點兒錯,只是它的代碼程序相對單一,而且不夠靈活,無法適應那一天的特殊情況,更不可能像人類一樣輕鬆權衡外界的所有影響因素。或許電腦能圓滿完成的,都是那些有固定模式、簡單具體的事情。因此,以后如果再聽说電腦未來將統治人類時,我們應該不會再相信了。

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