大腦會不會“死機”

每時每刻，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，數一數上面有多少行人、多少磚塊和窗戶、多少棵樹、多少片樹葉、多少輛車……那么，如果我們的視覺系統處理能力有限，這么多信息會讓大腦“死機”嗎？

面對海量信息，大腦不需像蠻牛般工作

說來你可能不信，我們大腦里的視覺系統其實沒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。我們的大腦可以把接收到的信息放進短期記憶里，也可以把過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。但是短期記憶有容量上限，因而限制了大腦對看到的一切事物的處理。

其次，每一個視覺區域也有處理能力的上限。比如專門處理面孔的區域，每秒能逐一處理約4張面孔。

當我們和他人對話時，我們會關注對方的表情和動作，而會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鍵的事情上，但還是有海量的信息我們沒有能力進行如此高精度的分析。所以說，我們的大腦絕對不可能通過逐一分析的方法解讀眼前的美景。

相信你在心中肯定問出了一個問題，要是我們的視覺系統處理能力有限，那我們究竟是如何輕松且不間斷地看見這個世界的呢？我們的大腦會“死機”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。我們的視覺系統在應對日常生活中的海量信息時不必、也無法把眼前的事物逐一加工。相反，我們的視覺系統用巧妙的算法規避了問題，讓我們“感覺”到眼前豐富且躍動的萬物，而且也不會因為太過豐富而“死機”。

空間有限時，壓縮能更好地傳遞信息

科學家們發現，當面對接收到的幾近無窮的信息時，我們的視覺系統會用統計方法來應對。簡單來說，視覺系統會抓住所接收到同類信息的“平均值”，從而有效“壓縮”數據量。通過充分利用所有的能力，來把握最關鍵的信息，真可謂四兩撥千斤。著名科學家香農在他偉大的信息論中曾經提出，信息傳遞的上限可以被數學推算。既然能傳遞的東西有限，加大信息密度正是提高計算能力的方法，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，是因為我們眼前的世界有著大量的重復。最經典的例子，應當是大英博物館的鎮館之寶——羅塞塔石碑。其內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。著名語言學家商博良正是通過這個石碑破譯了古埃及象形文字。雖然石碑受到了時間的侵蝕，損失不少，但是正因為用了三種語言，互為備份，冗余的信息才得以完好地留存下來。雖說重復可以提升保存的可能性，但是在處理能力有限的視覺系統，反倒成為了負擔。

而大文豪歐陽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。當他與友人看到通衢大道上，一匹駿馬飛奔而過，踩死一條狗的時候，他在翰林院的同僚都只能用許多文字來描述這一情況。而歐陽修幽默地表示，如果以這種方式表達信息，那史書怎么能寫得完？他只用六個字“逸馬殺犬于道”就能有效地傳達信息。他對于用字的精煉，其實展現了樸素的信息壓縮觀念。在空間有限的時候，壓縮可以更好地傳遞信息。

利用統計加工降低負荷，提高精度

科學家們發現，視覺系統可以用統計方法加工基本各類信息。雖然說處理方向、顏色這樣較低級的信息，與處理面孔這類較高級信息，在不一樣的大腦區域完成，但是統計加工似乎是視覺系統共有的能力。所以說，無論在多么復雜的場景下，我們的視覺系統都不會因為信息過多而卡殼，反而會利用統計方法，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修那樣會凝煉用字，但是我們的視覺系統都會用復雜的統計方法，幫助我們輕松地看這個美妙的世界。

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

統計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部差異大小。

統計加工不止能降低負荷，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得能準確地回憶起某一個雨滴準確的軌道和速度。雖然再準確的系統都有精度限制，但是進行平均之后，對于單個雨滴的觀察誤差也會受到平均。所以整體的誤差會遠小于個體的誤差。哪怕說不準單個雨滴的方向，你也能說準整體的方向。

不過，視覺系統的壓縮會帶來一個問題：壓縮會犧牲我們對于單個信息的精度。比如阿里爾教授就發現，我們雖然能記住整體的統計信息，但是我們很難回憶起個體的信息。由于大腦處理能力的限制，我們的統計加工其實是有損壓縮；雖然整體留下了，但是個體的信息會被遺棄。所以，看體育比賽的時候，你可能只記得觀眾們整體的情緒，但是你記不起來每一位觀眾在某個瞬間的情緒，你甚至都記不清每一個觀眾的長相、性別、衣著以及具體的表情。倘若你沒有投注注意力，統計加工方法在保證我們不“死機”的情況下，會“犧牲”這些信息的精度。

心理學、神經科學、計算機視覺的科研工作者們在一起協同工作，試圖搞清楚“看”的秘密。而統計加工其實是“看”的過程中一個小小環節。科學就如同我們眼前的美景一般，復雜而深邃，哪怕一個小細節都是如此吸引人。

（《知識就是力量》2018年03期 應浩江/文）