Twój mózg działa miliardy razy wolniej od Twojego kalkulatora, a mimo to jest cudem, do którego zrozumienia nam daleko

Ludzki mózg przetwarza informacje z prędkością zaledwie 10 bitów na sekundę. Taki wynik uzyskali naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (Caltech), publikując swoje badania w czasopiśmie Neuron.

Jeśli porównać to z miliardami bitów, które w każdej chwili odbierają nasze zmysły z otaczającego świata, to zaskakująco mało. Dla porównania przeciętne połączenie Wi-Fi przesyła około 50 milionów bitów na sekundę. Współczesne pamięci RAM (ang. Random Access Memory), do których można porównać zdolności obliczeniowe mózgu są liczone obecnie w dziesiątkach GB, czyli mają wiele miliardów większą wydajność niż mózgowy „procesor”.

Wcześniejsze szacunki, autorstwa Mihaly'ego Csikszentmihalyi oraz inżyniera Bell Labs Roberta Lucky'ego, określały tę przepustowość na 110–120 bitów na sekundę. Wyniki z Caltech sugerują, że nasz „procek” w głowie jest jeszcze wolniejszy, niż dotychczas sądzono.

Czy człowiek potrafi skupić się na kilku rzeczach jednocześnie?

Nie. Badania zespołu Markusa Meistera i Jieyu Zheng z Caltech, prowadzone podczas czytania, pisania i rozwiązywania zagadek, wykazały, że mózg potrafi świadomie przetwarzać tylko jedną myśl naraz. Zespół z Caltech pod kierownictwem Markusa Meistera i Jieyu Zheng przeanalizował aktywność mózgu podczas czytania, pisania i rozwiązywania zagadek.

Choć ludzki mózg zawiera ponad 85 miliardów neuronów, jego ogólna moc obliczeniowa jest ograniczona przez sposób, w jaki te neurony ze sobą współpracują. W przeciwieństwie do zmysłów, które działają równolegle, świadome myślenie ma charakter sekwencyjny – dlatego skuteczny multitasking jest dla człowieka neurologicznie trudny. To właśnie dlatego trudno nam naprawdę skupić się na dwóch rzeczach jednocześnie – nawet jeśli wydaje nam się, że „multitasking” działa.

Ile informacji człowiek przyswaja każdego dnia?

Współczesny człowiek przetwarza przeciętnie 74 GB informacji dziennie, pochodzących z telewizji, komputerów, smartfonów, tabletów i innych źródeł. Jeszcze 500 lat temu tyle samo informacji wykształcona osoba przyjmowała przez całe życie, głównie w postaci książek i opowieści.

Dla lepszego zobrazowania skali problemu: w 2011 roku przeciętny obywatel USA przyjmował każdego dnia pięć razy więcej informacji niż w roku 1986. Odpowiadało to równowartości 174 tradycyjnych gazet codziennych. Poza pracą każdy przetwarzał ponad 34 gigabajty informacji dziennie, co odpowiadało 100 tysiącom słów.

Tysiące stacji telewizyjnych na świecie produkują codziennie prawie sto tysięcy godzin programów, walcząc o uwagę widza spędzającego przed telewizorem średnio pięć godzin dziennie. Gry komputerowe generują tymczasem więcej bitów niż wszystkie pozostałe media razem wzięte.

Czym jest filtr uwagi i jak chroni mózg przed przeciążeniem?

Znane są oszacowania, że, aby zrozumieć jedną osobę mówiącą do nas, musimy przetworzyć 60 bitów informacji na sekundę. Przy wcześniej podawanym limicie przetwarzania wynoszącym 120 bitów na sekundę oznaczało to, że ledwo można zrozumieć dwie osoby mówiące w tym samym czasie i raczej nie można zrozumieć trzech osób mówiących w tym samym czasie. Przy ograniczeniu do 10 bitów na sekundę nie można byłoby rozumieć nawet jednej osoby. Być może jednak warunek 60 bitów na sekundę też jest wygórowany.

Zdaniem naukowców te ograniczenie ma swoje korzenie ewolucyjne. U naszych przodków układ nerwowy służył przede wszystkim do prostych zadań: poruszania się, szukania pożywienia i unikania niebezpieczeństwa. Z czasem, w miarę rozwoju mózgu, ten mechanizm „jednej ścieżki naraz” prawdopodobnie przeniósł się także na bardziej złożone procesy myślowe. Badacze porównują ludzkie myślenie do nawigacji po mapie abstrakcyjnych pojęć - każda myśl to jak wytyczanie nowej ścieżki, krok po kroku, w naszym umyśle. Nasze mózgi ewoluowały, aby pomóc nam radzić sobie z życiem w fazie łowiecko-zbierackiej historii ludzkości, w czasie, gdy mogliśmy spotkać nie więcej niż tysiąc osób w ciągu całego naszego życia. Spacerując po centrum miasta, mijamy taką liczbę osób w ciągu pół godziny.

Mechanizm neurologiczny

Filtr uwagi to mechanizm neurologiczny, który selekcjonuje bodźce napływające do mózgu. Składa się z dwóch elementów: wybierania istotnych informacji ze strumienia danych zmysłowych oraz ochrony ważnych informacji przed zastąpieniem przez mniej istotne. Działa w dużej mierze poza świadomością człowieka. Dzięki filtrowi uwagi większość bodźców percypowanych w codziennym życiu nie jest w ogóle rejestrowana. To dlatego kierowca jadący autostradą przez kilka godzin nie pamięta zbyt wiele z otoczenia drogi. Mechanizm ten jest jednym z największych osiągnięć ewolucji – pozwala skupiać się na tym, co naprawdę ważne, i ignorować to, co nieistotne. Wiewiórki zwracają uwagę na orzechy i drapieżniki. Psy, których zmysł węchu jest milion razy czulszy niż u człowieka, koncentrują filtr uwagi na zapachach. U człowieka filtr ewoluował tak, by wychwytywać zagrożenia i możliwości przeżycia.

Układ nerwowy naszych przodków służył przede wszystkim do prostych zadań: poruszania się, szukania pożywienia i unikania niebezpieczeństwa. Mechanizm „jednej ścieżki naraz" prawdopodobnie przeniósł się stopniowo na bardziej złożone procesy myślowe. Badacze z Caltech porównują ludzkie myślenie do nawigacji po mapie abstrakcyjnych pojęć – każda myśl to jak wytyczanie nowej ścieżki krok po kroku. Choć nasze zdolności poznawcze pozwoliły przetrwać w niemal każdym klimacie na Ziemi, dziś filtry uwagi łatwo ulegają przeciążeniu. Świat informacji rozrósł się wielokrotnie szybciej niż ewolucja mózgu.

Dlaczego nadmiar informacji sprzyja fake newsom?

Badania opublikowane w Journal of Experimental Psychology wskazują, że im mniej czasu człowiek ma na przetworzenie informacji, tym rzadziej podchodzi do niej sceptycznie. Dalsze analizy naukowców z Uniwersytetu Macquarie i MIT sugerują, że to właśnie przeciążenie informacyjne – nie uprzedzenia polityczne – odpowiada za ekspansję fałszywych wiadomości.

Mechanizm jest następujący: serwisy informacyjne celowo skracają czas obecności danego tematu w przestrzeni publicznej. Skandal polityczny, który dawniej wstrząsnąłby opinią publiczną na tygodnie, dziś jest nieaktualny następnego dnia. Specjaliści od komunikacji i propagandy wiedzą, że jednym z najskuteczniejszych sposobów zwalczenia jednej narracji jest natychmiastowe propagowanie innej – przytłaczając odbiorców i uniemożliwiając krytyczną refleksję.

Efektem jest rosnąca tendencja do unikania wiadomości: według raportu Reuters Institute for the Study of Journalism z 2019 roku, 35% respondentów w Wielkiej Brytanii i 41% w USA aktywnie unikało informacji.

Czy możliwe jest skopiowanie ludzkiego umysłu do komputera?

Według futurystów takich jak Ray Kurzweil, Stephen Hawking czy neurolog Randal Koene, skoro świadomość jest jak oprogramowanie, można ją przenieść do komputera i osiągnąć nieśmiertelność. Jednak wobec braku jakichkolwiek fizycznych dowodów na to, że zawartość mózgu jest „kopiowalna", koncepcja ta pozostaje spekulacją naukową, a nie realną perspektywą technologiczną.

Czy mózg człowieka działa jak komputer?

To jedno z kluczowych sporów w naukach o poznaniu. Istnieją dwa główne stanowiska:

• Stanowisko pierwsze – mózg jako analogia komputera: W sensie funkcjonalnym każdy system neuronalny posiada jednostki przetwarzające i przechowujące dane. Układ połączeń mózgu można traktować jako sieć komunikacyjną w rozumieniu teorii informacji Shannona.
• Stanowisko drugie – mózg nie jest komputerem: Mózg nie przetwarza informacji w sposób porównywalny z maszyną cyfrową. Nie da się w nim znaleźć zapisanych reprezentacji słów, obrazów ani wspomnień. Nie istnieją „banki pamięci" ani operacje na bitach i bajtach. Anthony Chemero z Uniwersytetu w Cincinnati, autor Radical Embodied Cognitive Science (2009), określa „metaforę IP" jako opartą na błędnej logice: z faktu, że komputery zachowują się inteligentnie i przetwarzają informacje, nie wynika, że każda inteligentna istota jest procesorem informacji. Wadliwa logika „metafory IP” (tak bywa nazywana koncepcja analogii działania mózgu z komputerem) jest, w jego ocenie, dość łatwa do stwierdzenia. Opiera się ona na fałszywej logice, która ma dwie dające się przyjąć przesłanki prowadzące do wadliwego wniosku. Uzasadniona przesłanka nr 1: wszystkie komputery są w stanie zachowywać się inteligentnie. Uzasadniona przesłanka nr 2: wszystkie komputery są procesorami informacji. Błędny natomiast jest, zdaniem Chemero, wniosek, że wszystkie jednostki zdolne do inteligentnego zachowania są procesorami informacji.

Spór na temat analogii mózg - komputer

Perspektywę mózgu jako komputera podważa przykład wyjaśnienia, jak baseballiście udaje się złapać lecącą piłkę. Jako pierwszy posłużył się nim Michael McBeath i jego zespół w artykule z 1995 roku w „Science”. Koncepcja mózgu jako analogu komputera wymaga od gracza sformułowania szacunków dotyczących różnych warunków początkowych lotu piłki, siły uderzenia, kąta trajektorii, tego typu rzeczy, a następnie stworzenia i przeanalizowania wewnętrznego modelu ścieżki, po której prawdopodobnie poruszy się piłka, a następnie wykorzystania tego modelu do kierowania i dostosowania ruchów motorycznych w sposób ciągły w czasie, by przechwycić piłkę. To wszystko tak wyglądałoby, gdybyśmy funkcjonowali jak komputery, ale każdy intuicyjnie rozumie (a to tez nie ma nic wspólnego z komputerowym przetwarzaniem), że tak raczej nie jest. McBeath i jego koledzy przedstawili prostsze rozwiązanie polegające na tym, iż, aby złapać piłkę, gracz musi po prostu poruszać się w taki sposób, aby utrzymać piłkę w stałej relacji wzrokowej w stosunku do płyty głównej i otaczającej ją scenerii (technicznie rzecz biorąc, w „liniowej trajektorii optycznej”). W rzeczywistości jest to dość proste i całkowicie wolne od obliczeń, reprezentacji i algorytmów.

Warto podkreślić, że w świecie nauki trwa od dość dawna zasadniczy spór czy w ogóle powinniśmy szukać analogii pomiędzy ludzkim mózgiem a komputerami. Czy takie liczenie wydajności obliczeniowej mózgu w bitach ma jakikolwiek sens, jeśli umysł nie jest jak komputer. To prawda, że w sensie funkcjonalnym możemy stwierdzić, że każdy system neuronalny (rejon mózgu) posiada jednostki - przetwarzającą i przechowującą dane, które mogą się zmieniać w czasie i/lub w trakcie wykonywania zadań poznawczych.

Mózg nie jest nie jest komputerem?

Jest jednak także inne spojrzenie polegające na przekonaniu, iż mózg nie przetwarza informacji, nie pobiera wiedzy ani nie przechowuje wspomnień. Krótko mówiąc, mózg człowieka nie jest komputerem. Zwolennicy tego poglądu wskazują, że nie da się w mózgu znaleźć zapisu kopii V Symfonii Beethovena, ani kopii słów, obrazów, reguł gramatycznych czy jakichkolwiek innych pamiętanych bodźców. Oczywiście, jak głosi ta koncepcja, ludzki mózg nie jest „pusty”, jednak nie zawiera rzeczy, co do których panuje przekonanie, że zawiera, nawet żadnych „wspomnień”.

Zwolennicy tego poglądu proponują, by zwrócić uwagę na mózgi niemowląt. Noworodki ludzkie, podobnie jak noworodki wszystkich innych gatunków ssaków, nie wchodzą w świat z zasobem przygotowanych informacji, ale mimo wszystko przygotowane do efektywnej interakcji z otoczeniem. Wzrok dziecka jest nieostry, jednak zwraca ono szczególną uwagę na twarze i szybko potrafi rozpoznać matkę. Woli dźwięk głosu ludzkiego od innych dźwięków i potrafi odróżnić jedne proste dźwięki mowy od innych. Zdrowy noworodek jest wyposażony w szereg odruchów - gotowych reakcji na określone bodźce, które są ważne dla jego przetrwania. Obraca głowę w kierunku czegoś, co muska jego policzek, a następnie ssie to, co dostanie się do jego ust. Wstrzymuje oddech, gdy zanurza się w wodzie. Chwyta przedmioty włożone do rąk tak mocno, że może prawie utrzymać swój ciężar. Przy tym najważniejsze wydaje się, że noworodki są wyposażone w potężną zdolność uczenia się, co pozwala im szybko się zmieniać, coraz skuteczniej oddziaływać na otaczający świat. Gdyby po urodzeniu zabrakło nam którejkolwiek z tych zdolności, mielibyśmy problemy z przetrwaniem.

Nie rodzimy się z informacjami, danymi, regułami, oprogramowaniem, wiedzą, reprezentacjami, algorytmami, programami, modelami, pamięcią, obrazami, procesorami, koderami, dekoderami, symbolami czy buforami, zapisanymi w głowie i gotowymi do wykorzystania. Nie tylko nie rodzimy się z tym wszystkim, ale też, zdaniem przeciwników komputerowej analogii, nie rozwijamy systemów pamięci takiej jak w komputerze nigdy. Nie tworzymy np. reprezentacji bodźców wizualnych, nie przechowujemy ich w buforze pamięci krótkotrwałej, a następnie nie przenosimy reprezentacji do urządzenia pamięci długotrwałej. Nie pobieramy informacji, obrazów czy słów z rejestrów pamięci. Żywe organizmy nie działają jak komputery, podkreślają oponenci komputerowego modelu mózgu. Komputery przetwarzają informacje, liczby, litery, słowa, wzory, obrazy. Informacje te muszą być najpierw zakodowane w formacie, którego mogą używać komputery, czyli jako wzory jedynek i zer („bity”), zorganizowane w porcje („bajty”). Komputery przenoszą i kopiują te wzory z miejsca na miejsce w różnych fizycznych miejscach przechowywania danych w komponentach elektronicznych a czasami przekształcają je na różne sposoby. Reguły, których komputery przestrzegają przy tych operacjach, są również przechowywane wewnątrz komputera. Ich zestawy nazywa się „programami” lub „algorytmami”. Niczego takiego w mózgu człowieka, według naszej wiedzy, nie ma.

Dlaczego każdy mózg jest unikalny?

Ponieważ w mózgu nie istnieją ani „banki pamięci”, ani „reprezentacje” bodźców, nie ma dowodu ani powodu, by wierzyć, że mózgi różnych ludzi zmieniają się w ten sam sposób pod wpływem tego samego doświadczenia. Jeśli dwie osoby pójdą na ten sam koncert, zmiany, które pod jego wpływem zachodzą w mózgu jednej są najprawdopodobniej inne niż u drugiej. Te zmiany, jakiekolwiek by były, są budowane na unikatowej strukturze neuronowej, która już istnieje, a każda struktura rozwinęła się w ciągu całego życia unikatowych doświadczeń.

To dlatego, jak wykazał Frederic Bartlett w swojej książce „Remembering”, wydanej w 1932 roku, żadna z dwóch osób nie powtórzy usłyszanej historii w ten sam sposób i dlatego z czasem ich recytacje będą się coraz bardziej różnić. Żadna uniwersalna „kopia” historii nigdy nie powstaje. Raczej każda osoba, po usłyszeniu historii, zmienia się do pewnego stopnia, na tyle, że kiedy zapyta się ją o historię później. Każdy z nas jest naprawdę wyjątkowy, nie tylko pod względem genetycznym, ale nawet pod względem sposobu, w jaki nasze mózgi zmieniają się w czasie.

Jak daleko jesteśmy od pełnego zrozumienia mózgu?

Bardzo daleko. Aby zrozumieć nawet podstawy ludzkiego intelektu, musielibyśmy znać aktualny stan 86 miliardów neuronów, ich 100 bilionów połączeń, oddziaływania tworzące te połączenia oraz stany ponad tysiąca białek w każdym punkcie synapsy. Neurolog Kenneth Miller oszacował w The New York Times, że rozgryźcie nawet podstawowych połączeń może zająć całe stulecia.

Najbardziej rażący niedawny przypadek podążania ślepą uliczką myślenia o mózgu jako komputerze dotyczy wartego 1,3 miliarda dolarów Human Brain Project finansowanego przez Unię Europejską od 2013 roku. Przekonani przez Henry'ego Markrama, że może on stworzyć symulację całego ludzkiego mózgu na superkomputerze do roku 2023, i że taki model zrewolucjonizuje leczenie choroby Alzheimera i innych schorzeń, urzędnicy UE sfinansowali jego projekt. Po niespełna dwóch latach fiasko projektu było oczywiste a Markram został poproszony o ustąpienie.

O tym, jak daleko jesteśmy do zrozumienia tajemnicy działania mózgu, najlepiej świadczy fakt, że kompletnie nie mieści nam się w głowie (nomen omen) fakt, że nasza szara maszyna w czaszce, pracując w teoretycznie ślimaczym tempie dziesięciu bitów na sekundę, jest jednocześnie mechanizmem, z którym żadne, najpotężniejsze nawet, komputery nie mogą się równać

Źródła:

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(24)00808-0 https://lateralaction.com/articles/mihaly-csikszentmihalyi/ https://www.science.org/doi/10.1126/science.7725104

FAQ: Ludzki mózg i ogrom informacji

1. Z jaką prędkością ludzki mózg przetwarza informacje? Według badań naukowców z Caltech, opublikowanych w czasopiśmie Neuron, ludzki mózg przetwarza informacje z prędkością zaledwie 10 bitów na sekundę. Dla porównania, przeciętne połączenie Wi-Fi przesyła ok. 50 milionów bitów na sekundę.
2. Czy człowiek jest w stanie wykonywać kilka czynności umysłowych jednocześnie (multitasking)? Nie – mózg potrafi świadomie przetwarzać tylko jedną myśl naraz. W przeciwieństwie do zmysłów, które działają równolegle, świadome przetwarzanie ma charakter sekwencyjny, co ogranicza skuteczność wielozadaniowości.
3. Ile informacji dociera do współczesnego człowieka każdego dnia? Szacuje się, że przeciętny współczesny człowiek przetwarza ok. 74 GB informacji dziennie. Jeszcze 500 lat temu tyle samo informacji wykształcona osoba przyswajała przez całe życie.
4. Co to jest „filtr uwagi" i jak działa? Filtr uwagi to mechanizm mózgu, który selekcjonuje napływające bodźce – wybiera te istotne i chroni ważne informacje przed zastąpieniem przez mniej ważne. Działa w dużej mierze poza naszą świadomością i jest uznawany za jedno z największych osiągnięć ewolucji.
5. Dlaczego nadmiar informacji sprzyja rozprzestrzenianiu się fake newsów? Badania opublikowane w Journal of Experimental Psychology wskazują, że im mniej czasu człowiek ma na przetworzenie informacji, tym mniej krytycznie do niej podchodzi. Naukowcy z Uniwersytetu Macquarie i MIT sugerują, że to właśnie przeciążenie informacyjne – a nie uprzedzenia polityczne – jest główną przyczyną popularności fałszywych wiadomości.
6. Czy mózg człowieka działa jak komputer? To kwestia sporna w środowisku naukowym. Część badaczy (np. Anthony Chemero) uważa, że mózg nie jest komputerem – nie przechowuje danych w postaci bitów, nie tworzy reprezentacji wspomnień ani nie operuje algorytmami. Inni dopuszczają analogię w sensie funkcjonalnym, traktując sieci neuronowe jak sieci komunikacyjne w rozumieniu teorii informacji Shannona.
7. Jakie są ewolucyjne korzenie ograniczeń poznawczych człowieka? Nasze mózgi ewoluowały w świecie łowiecko-zbierackim, gdzie człowiek mógł spotkać nie więcej niż tysiąc osób przez całe życie. Dziś mijamy tyle osób w ciągu pół godziny spaceru po centrum miasta. Filtr uwagi i ograniczona przepustowość przetwarzania to adaptacje do znacznie prostszego środowiska informacyjnego.
8. Co wykazał projekt Human Brain Project i co mówi o komputerowym modelu mózgu? Wart 1,3 miliarda euro projekt UE zakładał stworzenie komputerowej symulacji całego ludzkiego mózgu do 2023 roku. Projekt zakończył się fiaskiem po niespełna dwóch latach, co wiele środowisk naukowych uznało za dowód na ograniczenia myślenia o mózgu w kategoriach komputerowych.
9. Czy możliwe jest „skopiowanie" ludzkiego umysłu do komputera? Według części futurystów (Ray Kurzweil, Stephen Hawking) – tak. Jednak w świetle aktualnej wiedzy naukowej, wobec braku dowodów na to, że zawartość mózgu jest w jakikolwiek sposób „kopiowalna", koncepcja ta pozostaje spekulacją, a nie realną możliwością technologiczną.
10. Jak długo może potrwać pełne poznanie ludzkiego mózgu? Neurolog Kenneth Miller szacuje, że rozpoznanie nawet podstawowych połączeń między neuronami może zająć całe stulecia – biorąc pod uwagę 86 miliardów neuronów, 100 bilionów połączeń i unikatowość struktury każdego mózgu.

[Autor, Mirosław Usidus jest popularyzotorem nauki i byłym redaktorem naczelnym Młodego Technika]

[Tytuł, lead, sekcje "Co musisz wiedzieć", "Co to oznacza dla Czytelnika" i niektóre śródtytuły od Redakcji]

Co to oznacza dla Czytelnika:

• Twoja uwaga jest ograniczonym zasobem – jeśli próbujesz robić kilka rzeczy naraz, w rzeczywistości przełączasz się między zadaniami, co obniża efektywność i zwiększa zmęczenie.
• Nadmiar informacji, z którym masz kontakt każdego dnia (media, social media, powiadomienia), może przeciążać Twój mózg i utrudniać racjonalne ocenianie treści.
• Jesteś bardziej podatny na uproszczenia i fake newsy, zwłaszcza gdy konsumujesz informacje szybko i bez refleksji – dlatego kluczowe staje się świadome selekcjonowanie źródeł i tempo przyswajania treści.
• Media społecznościowe dodatkowo wzmacniają ten efekt – szybkie, krótkie treści i ciągłe bodźce skracają czas skupienia i utrudniają głębsze przetwarzanie informacji.