大腦會(huì)不會(huì)“死機(jī)”

每時(shí)每刻，我們眼前的事物都是豐富多彩的。不信，你可以拍一張窗外的照片，數(shù)一數(shù)上面有多少行人、多少磚塊和窗戶、多少棵樹(shù)、多少片樹(shù)葉、多少輛車……那么，如果我們的視覺(jué)系統(tǒng)處理能力有限，這么多信息會(huì)讓大腦“死機(jī)”嗎？

面對(duì)海量信息，大腦不需像蠻牛般工作

說(shuō)來(lái)你可能不信，我們大腦里的視覺(jué)系統(tǒng)其實(shí)沒(méi)有辦法逐一處理我們所看到的一切。

首先，我們的短期記憶力有限。短期記憶是我們處理事物中必不可少的一環(huán)。我們的大腦可以把接收到的信息放進(jìn)短期記憶里，也可以把過(guò)往記憶中的部分提取到短期記憶中，便于我們處理手頭事務(wù)。但是短期記憶有容量上限，因而限制了大腦對(duì)看到的一切事物的處理。

其次，每一個(gè)視覺(jué)區(qū)域也有處理能力的上限。比如專門處理面孔的區(qū)域，每秒能逐一處理約4張面孔。

當(dāng)我們和他人對(duì)話時(shí)，我們會(huì)關(guān)注對(duì)方的表情和動(dòng)作，而會(huì)忽略其背后的景色等大量信息。雖然我們可以把注意力投注在最關(guān)鍵的事情上，但還是有海量的信息我們沒(méi)有能力進(jìn)行如此高精度的分析。所以說(shuō)，我們的大腦絕對(duì)不可能通過(guò)逐一分析的方法解讀眼前的美景。

相信你在心中肯定問(wèn)出了一個(gè)問(wèn)題，要是我們的視覺(jué)系統(tǒng)處理能力有限，那我們究竟是如何輕松且不間斷地看見(jiàn)這個(gè)世界的呢？我們的大腦會(huì)“死機(jī)”嗎？

的確，我們雖然可以看到美妙的世界，但這不代表我們的大腦需要像蠻牛那般工作。我們的視覺(jué)系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)日常生活中的海量信息時(shí)不必、也無(wú)法把眼前的事物逐一加工。相反，我們的視覺(jué)系統(tǒng)用巧妙的算法規(guī)避了問(wèn)題，讓我們“感覺(jué)”到眼前豐富且躍動(dòng)的萬(wàn)物，而且也不會(huì)因?yàn)樘^(guò)豐富而“死機(jī)”。

空間有限時(shí)，壓縮能更好地傳遞信息

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)面對(duì)接收到的幾近無(wú)窮的信息時(shí)，我們的視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)應(yīng)對(duì)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)抓住所接收到同類信息的“平均值”，從而有效“壓縮”數(shù)據(jù)量。通過(guò)充分利用所有的能力，來(lái)把握最關(guān)鍵的信息，真可謂四兩撥千斤。著名科學(xué)家香農(nóng)在他偉大的信息論中曾經(jīng)提出，信息傳遞的上限可以被數(shù)學(xué)推算。既然能傳遞的東西有限，加大信息密度正是提高計(jì)算能力的方法，壓縮一下豈不是正好？

我們的大腦之所以可以提取出平均值，是因?yàn)槲覀冄矍暗氖澜缬兄罅康闹貜?fù)。最經(jīng)典的例子，應(yīng)當(dāng)是大英博物館的鎮(zhèn)館之寶——羅塞塔石碑。其內(nèi)容是古埃及法老托勒密五世的詔書，分別由古埃及象形文字、古埃及草書以及古希臘文字，共三種文字組成。著名語(yǔ)言學(xué)家商博良正是通過(guò)這個(gè)石碑破譯了古埃及象形文字。雖然石碑受到了時(shí)間的侵蝕，損失不少，但是正因?yàn)橛昧巳N語(yǔ)言，互為備份，冗余的信息才得以完好地留存下來(lái)。雖說(shuō)重復(fù)可以提升保存的可能性，但是在處理能力有限的視覺(jué)系統(tǒng)，反倒成為了負(fù)擔(dān)。

而大文豪歐陽(yáng)修也用自己的親身例子告訴我們，壓縮可以讓信息傳遞更高效。當(dāng)他與友人看到通衢大道上，一匹駿馬飛奔而過(guò)，踩死一條狗的時(shí)候，他在翰林院的同僚都只能用許多文字來(lái)描述這一情況。而歐陽(yáng)修幽默地表示，如果以這種方式表達(dá)信息，那史書怎么能寫得完？他只用六個(gè)字“逸馬殺犬于道”就能有效地傳達(dá)信息。他對(duì)于用字的精煉，其實(shí)展現(xiàn)了樸素的信息壓縮觀念。在空間有限的時(shí)候，壓縮可以更好地傳遞信息。

利用統(tǒng)計(jì)加工降低負(fù)荷，提高精度

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，視覺(jué)系統(tǒng)可以用統(tǒng)計(jì)方法加工基本各類信息。雖然說(shuō)處理方向、顏色這樣較低級(jí)的信息，與處理面孔這類較高級(jí)信息，在不一樣的大腦區(qū)域完成，但是統(tǒng)計(jì)加工似乎是視覺(jué)系統(tǒng)共有的能力。所以說(shuō)，無(wú)論在多么復(fù)雜的場(chǎng)景下，我們的視覺(jué)系統(tǒng)都不會(huì)因?yàn)樾畔⑦^(guò)多而卡殼，反而會(huì)利用統(tǒng)計(jì)方法，在保證精度的情況下，降低處理的信息量。雖然我們并不像文豪歐陽(yáng)修那樣會(huì)凝煉用字，但是我們的視覺(jué)系統(tǒng)都會(huì)用復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)方法，幫助我們輕松地看這個(gè)美妙的世界。

統(tǒng)計(jì)加工可不只是提取出平均數(shù)。了解統(tǒng)計(jì)的讀者肯定知道，描述一個(gè)分布可以從兩個(gè)角度入手：第一就是集中趨勢(shì)，那就是平均數(shù)；第二就是離散程度，可以用標(biāo)準(zhǔn)差表達(dá)。雖然你可能不太了解數(shù)理統(tǒng)計(jì)，但是我們的大腦還是懂一些的。它不光能提取平均數(shù)，也能搞清楚離散程度。

統(tǒng)計(jì)加工不僅能讓我們搞清楚平均，還有差異。大家不妨想一想，搞清楚差異值就能明白內(nèi)部差異大小。

統(tǒng)計(jì)加工不止能降低負(fù)荷，還能提高總體精度。正如同觀察雨景，由于雨滴的透明性和高速度，使我們哪怕屏氣凝神也不見(jiàn)得能準(zhǔn)確地回憶起某一個(gè)雨滴準(zhǔn)確的軌道和速度。雖然再準(zhǔn)確的系統(tǒng)都有精度限制，但是進(jìn)行平均之后，對(duì)于單個(gè)雨滴的觀察誤差也會(huì)受到平均。所以整體的誤差會(huì)遠(yuǎn)小于個(gè)體的誤差。哪怕說(shuō)不準(zhǔn)單個(gè)雨滴的方向，你也能說(shuō)準(zhǔn)整體的方向。

不過(guò)，視覺(jué)系統(tǒng)的壓縮會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題：壓縮會(huì)犧牲我們對(duì)于單個(gè)信息的精度。比如阿里爾教授就發(fā)現(xiàn)，我們雖然能記住整體的統(tǒng)計(jì)信息，但是我們很難回憶起個(gè)體的信息。由于大腦處理能力的限制，我們的統(tǒng)計(jì)加工其實(shí)是有損壓縮；雖然整體留下了，但是個(gè)體的信息會(huì)被遺棄。所以，看體育比賽的時(shí)候，你可能只記得觀眾們整體的情緒，但是你記不起來(lái)每一位觀眾在某個(gè)瞬間的情緒，你甚至都記不清每一個(gè)觀眾的長(zhǎng)相、性別、衣著以及具體的表情。倘若你沒(méi)有投注注意力，統(tǒng)計(jì)加工方法在保證我們不“死機(jī)”的情況下，會(huì)“犧牲”這些信息的精度。

心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)的科研工作者們?cè)谝黄饏f(xié)同工作，試圖搞清楚“看”的秘密。而統(tǒng)計(jì)加工其實(shí)是“看”的過(guò)程中一個(gè)小小環(huán)節(jié)。科學(xué)就如同我們眼前的美景一般，復(fù)雜而深邃，哪怕一個(gè)小細(xì)節(jié)都是如此吸引人。

（《知識(shí)就是力量》2018年03期 應(yīng)浩江/文）