مرکز تحقیقات علوم اعصاب

مغز محصور شده در بند فرگشت: آیا می توان از سد ۱۰ بیت در ثانیه عبور کرد؟

در حالیکه مغز انسان قابلیت دریافت میلیاردها بیت اطلاعات حسی را در ثانیه برخوردار است، رفتارهای آگاهانه ما نظیر تایپ کردن، سخنگفتن یا تصمیم گیری اغلب در محدوده ی ۱۰ بیت در ثانیه رخ می دهد. این محدودیت حتی به هنگام ادراک یا تجسم ذهنی نیز صورت می پذیرد. این شکاف وسیع میان ظرفیت ورودی و نرخ خروجی مغز انسان که عدد صافی [1] نامیده می شود، پرسش هایی اساسی را در مورد ماهیت پردازش های شناختی انسان مطرح می کند. این صافی سبب شده است که حجم آموخته های انسان در طول عمرش تنها به ۴ گیگا بایت محدود بشود. نکته ی قابل تأمل این است که این مقدار در برابر ظرفیت ۵۰ ترابایتی سیناپس های مغز بسیار ناچیز است. پژوهشگران علوم اعصاب، وجود گلوگاهی ثابت برای پردازش موازی و آگاهانه ی اطلاعات را عامل این محدودیت بیان کرده اند.

پژوهش های fMRI انجام شده در این زمینه، نواحی قشر جزیره ای دوطرفه و قشر قدامی کمربندی را با این محدودیت مرتبط دانسته اند. این یافته ها حاکی از آن است که پردازش های نیازمند توجه، تصمیم گیری و پردازش سریالی، اغلب این نواحی را درگیر می کنند، که این امر وجود یک گلوگاه متمرکز محدود کننده برای پردازش هم زمان وظایف شناختی مختلف را به وضوح آشکار می سازد. وجود این گلوگاه می تواند افت عملکرد و نیز افزایش میزان خطای انسانها را به هنگام انجام چند کار هم زمان تبیین نماید. از سویی دیگر، پژوهشگران با رویکرد فرگشتی، این محدودیت را ناشی از سازگاری انسان های اولیه با محیط در نظر گرفته اند. این دیدگاه بر این فرض استوار است که سامانه های عصبی اولیه برای نیازهای جهت یابی انسان، حرکت و حفظ بقا فرگشت یافته اند و این سامانه ها، تصمیم گیری سریع را نسبت به پردازش حجم عظیمی از اطلاعات در الویت قرار داده اند.

آن ها همچنین معتقدند که شناخت، ساختار خطی خود را از این سامانه های قدیمی به ارث برده است. بدین جهت است که که وابسته به تجسم یک مکان آشنا یا مسیر روزمره برای سازماندهی و ذخیره «تکنیک کاخ حافظه» تکنیک هایی نظیر اطلاعات هستند از دیرباز با استقبال انسان ها مواجه شده اند. علاوه بر این، تمرکز تک مسیره [2] یا تمرکز بر یک فکر یا وظیفه در هر زمان نیز در این راستا، برای تعامل مؤثرتر انسان ها با محیط پیچیده ی اطرافشان شکل گرفته است. از منظری دیگر، برخی پژوهشگران در شرایط آزمایشگاهی، مغز انسان را شامل مغز بیرونی و درونی متصور شده اند. در این دیدگاه، مغز بیرونی پردازش اطلاعات حسی و حرکتی با ابعاد بسیار بالا، و مغز درونی جریان بسیار فشرده تری از اطلاعات را برای هدایت رفتارهای هدفمند بر عهده دارد. داده های حسی مغز بیرونی به تدریج طی فرآیندهایی کاهش یافته و تنها اطلاعات کلیدی برای تصمیم گیری مغز درونی باقی می مانند. فرآیندهایی نظیر کاهش داده های ورودی توسط شبکیه و انتقال آن به کولیکولوس فوقانی نمونه های بارز این فیلترینگ چندمرحله ای هستند. این در حالی است که در شرایط واقعی، رفتارهای طبیعی انسان شامل هزاران ریزوظیفه متمایز است که در مدت زمان بسیار کوتاه (زیر یک ثانیه) انجام می شوند. از این رو، این موضوع روشن می شود که مغز درونی از ظرفیت اطلاعاتی بسیار بالاتری نسبت به آنچه گزارش می شود، برای پاسخگویی به تغییرات سریع و پیچیده برخوردار است. در نتیجه، پژوهش های آزمایشگاهی که صرفاً از وظایف ساده مانند انتخاب دوتایی یا حرکات محدود استفاده می کنند، تصویر ناقصی از عملکرد مغز درونی را به نمایش گذاشته اند، و ماژولار بودن و سازماندهی دقیق قشر پیش پیشانی را در نظر نگرفته اند. به عبارت دیگر، با وجود شباهت های ساختار سلولی (مانند نورون ها، سیناپس ها و سلول های گلیال) بین نواحی حسی و شناختی، قشر پیش پیشانی دارای ساختارهای ماژولار بسیار دقیقی است که همانند ابرستون های قشر بینایی اولیه (V1) به هر ریزوظیفه یا زمینه ی رفتاری خاص، تخصیص یافته اند. به تصویر کشیدن پیچیدگی هایی مغز درونی مستلزم طراحی آزمایش های طبیعی تر و تحلیل های پیشرفته تر برای بررسی پردازش های حسی و تنظیم های هماهنگ رفتاری در مغز است. این بررسی ها می تواند به طراحی سامانه های هوشمند جهت افزایش بهره وری انسان بیانجامد. شاید بتوان با کمک این سامانه ها در آینده ای نه چندان دور، از سد 10 بیت در ثانیه عبور کرد.

منابع:

1.Field, G. D., & Chichilnisky, E. J. (2007). Information processing in the primate retina: Circuitry and coding. Annual Review of Neuroscience, 30(1), 1-30.

2.Hick, W. E. (1952). On the rate of gain of information. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 4(1), 11-26.

3.Wässle, H. (2004). Parallel processing in the mammalian retina. Nature Reviews of Neuroscience, 5(10), 747-757.

4.Zheng, J., & Meister, M. (2025). The unbearable slowness of being: Why do we live at 10 bits/s? Neuron, 113(2), 192–204.

گردآوری و بازنویسی: فروغ کثیری

پژوهشگر علوم شناختی

Footnote:

[1] Sifting number

[2] Single-Path Focus