Скорость человеческой мысли: загадочные 10 бит в секунду

Казалось бы, человеческая мысль молниеносна. Но не тут-то было!

Исследователи из Калифорнийского технологического института попытались оценить скорость мышления и пришли к ошеломляющему выводу: мы думаем со скоростью всего 10 бит информации в секунду. Для сравнения: самая низкая средняя скорость загрузки интернета в США в 2024 году составляла 93 мегабита в секунду. Разница колоссальна, хотя количество передаваемой информации в этих случаях разное.

Но о каких битах идёт речь? Точно не о тех, что мы привыкли видеть в компьютерах. В информатике бит может принимать одно из двух значений (0 или 1), но это не соответствует количеству передаваемой информации, которое иногда измеряют в “шееннонах” – в честь Клода Шеннона, “отца теории информации”.

“Чтобы понять концепцию информации, важно отличать её от данных”, – объясняет Венсан Грипон, доцент Телеком Бретань. – “Представьте, у моей подруги родился ребенок. Я отправляю ей сообщение, чтобы узнать мальчик или девочка. В моём понимании, вероятность рождения мальчика или девочки одинакова. Её ответ, следовательно, содержит один шеннон информации. Чтобы ответить мне, она, скорее всего, отправит предложение из нескольких символов, каждый из которых представлен несколькими битами. Таким образом, я получу несколько десятков бит данных, содержащих всего один шеннон информации”.

“Наш мозг привык к этому факту. Подсчитано, что из зрительной коры в глубокие области нашего неокортекса передается сто миллионов бит данных в секунду. Большая часть этих данных совершенно бесполезна для нас и, более того, несет в себе очень мало информации”.

Ученые, изучающие теорию информации, попытались количественно оценить информацию различных систем, включая то, сколько информации передается в каждом слоге языка и сколько информации содержится во всей видимой Вселенной. При этом они столкнулись с небольшой загадкой: наш мозг постоянно бомбардируется сенсорными данными с невероятной скоростью, оцениваемой в 10 ⁹ бит в секунду, и все же наши сознательные мысли обрабатывают информацию гораздо медленнее.

Человеческое мышление, как и следовало ожидать, трудно поддается количественной оценке. Пытаясь сделать это, авторы нового исследования рассмотрели задачи, выполняемые людьми, и объем информации, обрабатываемой в ходе их выполнения. Например, они рассмотрели задачу ручного набора рукописного текста.

“Опытный наборщик текста набирает 120 слов в минуту. Если каждое слово считать за 5 символов, то скорость набора составляет 10 нажатий клавиш в секунду. Сколько бит информации это представляет? Можно было бы посчитать количество клавиш на клавиатуре и взять логарифм, чтобы получить энтропию на символ, но это сильно завышенная оценка. Представьте, что после прочтения начала этого абзаца вас спросят, какая буква будет следующей…”, – пишут авторы исследования.

“Английский язык содержит упорядоченные внутренние структуры, которые делают поток символов очень предсказуемым. Фактически, энтропия английского языка составляет всего ~1 бит на символ. Опытные наборщики текста полагаются на эту избыточность: если заставить их набирать случайную последовательность символов, их скорость резко падает”.

Исходя из этого, исследователи оценили, что скорость мышления наборщика текста при наборе случайной последовательности символов составляет около… 10 бит в секунду. Анализ других задач, от игры в тетрис до сборки кубика Рубика и прослушивания английской речи, показал, что большинство из них выполняются с аналогичной, удивительно низкой скоростью.

“Это крайне низкое число”, – говорит Маркус Мейстер, соавтор исследования. – “Каждое мгновение мы извлекаем всего 10 бит из триллиона, которые получают наши органы чувств, и используем эти 10 бит, чтобы воспринимать окружающий мир и принимать решения. Возникает парадокс: чем же занят мозг, отфильтровывая всю эту информацию?”

Хотя наш мозг обрабатывает лавину сенсорных данных, наши сознательные мысли, похоже, работают гораздо медленнее. Это может иметь значение, например, при создании нейрокомпьютерных интерфейсов. Хотя мы мечтаем об интерфейсах, которые ускорят работу мозга, может оказаться, что нас будет тормозить скорость нашего собственного мышления. Это как пытаться подключиться к оптоволоконному интернету через Game Boy – ваше оборудование будет ограничивать возможности.

В более общем плане это поднимает ряд вопросов о человеческом познании, например, почему наша нервная система может обрабатывать тысячи элементов параллельно, в то время как наше сознательное мышление работает так медленно.

“Как люди могут обходиться всего 10 битами в секунду? Возможный ответ заключается в том, что познание на такой низкой скорости достаточно для выживания”, – пишут авторы. – “Точнее, наши предки выбрали экологическую нишу, где мир достаточно медленный, чтобы сделать выживание возможным. На самом деле, 10 бит/с нужны только в худших ситуациях, а большую часть времени наша окружающая среда меняется гораздо медленнее”.

Хотя это интересная оценка скорости обработки информации в человеческом мышлении, исследователи подчеркивают, что она поднимает больше вопросов, чем даёт ответов, открывая путь для дальнейших исследований.

“В частности, наша периферическая нервная система способна поглощать информацию из окружающей среды с гораздо большей скоростью, порядка гигабит в секунду”, – пишут авторы. – “Это определяет парадокс: огромная пропасть между крошечной пропускной способностью человеческого поведения и огромным объемом входной информации, на которой это поведение основано. Это огромное соотношение — около 100 000 000 — остается в значительной степени необъясненным.”

Исследование опубликовано в журнале Neuron.