Dlaczego myślimy tak wolno, mimo że mózg jest superkomputerem

Twój mózg działa jak modem z lat 90.

Wyobraź sobie urządzenie o mocy obliczeniowej większej niż większość komputerów, które jednocześnie analizuje obrazy, dźwięki, ruch ciała oraz sygnały z narządów wewnętrznych. Teraz dodaj do tego fakt, że świadoma część tego systemu przetwarza informacje w tempie, które przypomina stary modem telefoniczny. Ten kontrast brzmi jak żart, jednak dane z badań nad funkcjonowaniem mózgu prowadzą właśnie do takiego wniosku.

Naukowcy przez lata próbowali zmierzyć, jak szybko człowiek przetwarza informacje w zadaniach wymagających uwagi. W każdej kolejnej dziedzinie wyniki zaczęły układać się w podobny wzór. Okazało się, że tempo świadomego przetwarzania danych przez człowieka wynosi około 10 bitów na sekundę. W świecie technologii taka wartość wygląda skromnie, lecz właśnie na tym poziomie działa mechanizm, który odpowiada za decyzje, analizę i myślenie.

Zaskakująca liczba powtarzająca się w badaniach

Badacze przyglądali się wielu aktywnościom, które wymagają intensywnego skupienia. W każdej z nich można oszacować ilość informacji przetwarzanej przez mózg w jednostce czasu.

Pisanie na klawiaturze przez doświadczoną osobę osiąga tempo około 120 słów na minutę. Gdy lingwiści uwzględniają powtarzalność znaków w języku, otrzymują przepływ informacji zbliżony do 10 bitów na sekundę. Podobny wynik pojawia się w zupełnie innym obszarze, którym jest zapamiętywanie konfiguracji kostki Rubika przez zawodników rozwiązujących ją z pamięci. Kilka sekund wystarcza im do przyswojenia kilkudziesięciu bitów informacji, co prowadzi do niemal identycznej wartości przepustowości.

Zawodnicy konkurencji pamięciowych zapamiętują całą talię kart w kilkanaście sekund, a analiza tej umiejętności wskazuje tempo kilkunastu bitów na sekundę. Wykłady prowadzone w tempie przyjaznym dla słuchaczy również mieszczą się w podobnym przedziale, ponieważ mózg odbiorcy musi rozpoznawać kolejne słowa i przekształcać je w znaczenia. Nawet w dynamicznych grach strategicznych, gdzie profesjonalni gracze wykonują setki działań w ciągu minuty, poziom przetwarzanej informacji utrzymuje się w zbliżonym zakresie.

Z wielu różnych eksperymentów wyłania się więc liczba, która zaskakuje swoją stabilnością.

Gdy oczy przesyłają dane szybciej niż świadomość

Sytuacja robi się jeszcze ciekawsza, gdy spojrzymy na biologiczne „okablowanie” organizmu. W siatkówce oka znajdują się komórki światłoczułe, które reagują na natężenie i kolor światła. Jedna taka komórka potrafi przesyłać do mózgu około 270 bitów informacji w ciągu sekundy. W ludzkim oku działa około sześciu milionów czopków, dlatego łączny strumień danych docierających z samego wzroku osiąga poziom około 1,6 gigabita na sekundę.

Porównanie tych wartości prowadzi do ogromnej dysproporcji. Zmysły dostarczają potężną ilość danych, podczas gdy świadoma część mózgu operuje na niewielkim fragmencie tego strumienia. Różnica między percepcją a świadomym przetwarzaniem osiąga skalę setek milionów razy. Badacze określają tę proporcję mianem liczby przesiewania, ponieważ mózg nieustannie filtruje ogromne ilości informacji, pozostawiając jedynie niewielki zestaw sygnałów trafiających do świadomości.

Bit jako miara informacji

Pojęcie bitu kojarzy się zwykle z pamięcią komputerów lub wielkością plików zapisanych na dysku. W neuronauce termin ten opisuje coś innego. Bit oznacza minimalną porcję informacji, która zmniejsza niepewność o połowę. Koncepcję tę wprowadził Claude Shannon, matematyk i inżynier pracujący nad teorią komunikacji w połowie XX wieku.

Wyobraź sobie grę polegającą na odgadnięciu przedmiotu poprzez pytania z odpowiedzią „tak” lub „nie”. Każda taka odpowiedź eliminuje połowę możliwych opcji, dlatego przekazuje jeden bit informacji. Jeżeli ktoś ma do wyboru milion przedmiotów, potrzeba około dwudziestu takich pytań, aby wskazać właściwy. Gdy mózg przechodzi przez taki proces w kilka sekund, można policzyć tempo przetwarzania informacji dzieląc liczbę bitów przez czas potrzebny na rozwiązanie zadania.

Tak właśnie powstaje liczba, która powraca w różnych eksperymentach.

Dlaczego świat wydaje się bogatszy niż wskazują liczby

Człowiek odnosi wrażenie, że widzi otoczenie w pełnej ostrości i ogromnej ilości szczegółów. W rzeczywistości centralna część pola widzenia odpowiada za bardzo mały fragment obrazu, który trafia do mózgu w najwyższej rozdzielczości. Ostrość spada gwałtownie już kilka stopni od punktu, na który skierowane są oczy.

Mózg maskuje ten fakt poprzez szybkie ruchy gałek ocznych, które błyskawicznie przenoszą punkt skupienia z jednego elementu sceny na drugi. Powstaje wrażenie ciągłego obrazu o wysokiej szczegółowości, choć w danym momencie analizowany jest jedynie niewielki fragment.

Podobna sytuacja dotyczy pamięci fotograficznej, która w kulturze popularnej bywa przedstawiana jako zdolność natychmiastowego zapamiętywania ogromnej ilości detali. Badania nad mistrzami pamięci pokazują jednak, że nawet osoby o wyjątkowych zdolnościach działają w granicach kilku lub kilkunastu bitów na sekundę.

-------------------------------------------

Przeczytaj także: Home office – jak się zorganizować?

-------------------------------------------

Dwa systemy pracy mózgu

Neurobiolodzy coraz częściej opisują mózg jako strukturę funkcjonującą w dwóch trybach. Pierwszy z nich obejmuje obszary odpowiedzialne za odbiór bodźców i sterowanie ruchem ciała. Ten system działa równolegle i wykorzystuje miliony neuronów analizujących różne elementy informacji jednocześnie.

Drugi tryb odpowiada za myślenie, podejmowanie decyzji i świadomość. W tym obszarze przetwarzanie odbywa się sekwencyjnie, co oznacza, że kolejne kroki analizy następują jeden po drugim. Taki mechanizm tworzy wąskie gardło uwagi, które sprawia, że człowiek skupia się na jednym problemie naraz.

Właśnie w tym miejscu pojawia się zagadka, która wciąż czeka na pełne wyjaśnienie. Świadome myślenie wykorzystuje miliardy neuronów, chociaż pojedynczy neuron potrafi przesłać podobną ilość informacji jak ta, którą świadomy umysł przetwarza w ciągu sekundy.

Dlaczego szybkie interfejsy nie przyspieszą myślenia

W dyskusjach o interfejsach mózg komputer często pojawia się wizja bezpośredniego połączenia człowieka z systemami sztucznej inteligencji. Entuzjaści tej idei zakładają, że zwiększenie przepustowości komunikacji między mózgiem a komputerem pozwoli radykalnie przyspieszyć myślenie.

Z punktu widzenia neuronauki problem wygląda inaczej. Ograniczenie nie wynika z prędkości transmisji danych, ponieważ współczesne urządzenia elektroniczne bez trudu obsługują strumień informacji odpowiadający ludzkiej mowie. Barierą pozostaje tempo działania samej świadomości, która filtruje i interpretuje informacje znacznie wolniej niż systemy sensoryczne.

Podobne zjawisko obserwuje się w badaniach nad implantami przywracającymi wzrok. Kamery generujące obrazy o wysokiej rozdzielczości przekazują ogromną ilość danych, jednak mózg nie potrafi ich wykorzystać w sposób pozwalający na naturalne widzenie.

-------------------------------------------

Przeczytaj także: 7 wskazówek na zwiększenie efektywności pracy zdalnej

-------------------------------------------

Ile informacji mieści się w ludzkim doświadczeniu

Jeżeli przyjąć tempo około 10 bitów na sekundę jako granicę świadomego przetwarzania, można spróbować oszacować ilość informacji, którą człowiek gromadzi przez całe życie. Nawet przy założeniu nieustannego przyswajania danych przez sto lat całkowity zapis doświadczeń osiągnąłby wielkość kilku gigabajtów.

Do tej wartości można dodać dane zapisane w genomie, który zawiera miliardy par zasad opisujących budowę organizmu. Łączna ilość informacji odpowiada więc pojemności niewielkiego nośnika danych.

Zaskoczenie pojawia się w chwili, gdy porówna się tę liczbę z potencjalną pojemnością mózgu. Szacuje się, że synapsy w ludzkim mózgu mogą przechowywać dane odpowiadające dziesiątkom terabajtów. W architekturze biologicznego układu nerwowego istnieje więc ogromny zapas przestrzeni, którego rola nadal pozostaje przedmiotem badań.

-------------------------------------------

Przeczytaj także: Jak skutecznie eliminować rozpraszacze podczas pracy?

-------------------------------------------

Ewolucyjne korzenie powolnego myślenia

Jedna z hipotez wskazuje na historię ewolucyjną układów nerwowych. Najstarsze organizmy wyposażone w proste systemy neuronalne musiały wykonywać ograniczoną liczbę operacji. Ich głównym zadaniem było odnajdywanie źródeł pożywienia oraz reagowanie na zagrożenia w najbliższym otoczeniu.

Mechanizmy odpowiadające za orientację w przestrzeni mogły z czasem przekształcić się w systemy umożliwiające poruszanie się w świecie pojęć. Myślenie przypomina więc nawigację, w której mózg analizuje kolejne możliwości krok po kroku, zamiast jednocześnie rozpatrywać wszystkie warianty.

Z tej perspektywy świadomość można porównać do panelu sterowania obsługującego niezwykle złożony system obliczeniowy. Pod powierzchnią działa potężna sieć neuronów analizujących ogromne ilości sygnałów, podczas gdy świadomy umysł wybiera pojedynczą ścieżkę działania i rozwija ją w czasie.