大脑会不会“死机”

每时每刻，我们眼前的事物都是丰富多彩的。不信，你可以拍一张窗外的照片，数一数上面有多少行人、多少砖块和窗户、多少棵树、多少片树叶、多少辆车……那么，如果我们的视觉系统处理能力有限，这么多信息会让大脑“死机”吗？

面对海量信息，大脑不需像蛮牛般工作

说来你可能不信，我们大脑里的视觉系统其实没有办法逐一处理我们所看到的一切。

首先，我们的短期记忆力有限。短期记忆是我们处理事物中必不可少的一环。我们的大脑可以把接收到的信息放进短期记忆里，也可以把过往记忆中的部分提取到短期记忆中，便于我们处理手头事务。但是短期记忆有容量上限，因而限制了大脑对看到的一切事物的处理。

其次，每一个视觉区域也有处理能力的上限。比如专门处理面孔的区域，每秒能逐一处理约4张面孔。

当我们和他人对话时，我们会关注对方的表情和动作，而会忽略其背后的景色等大量信息。虽然我们可以把注意力投注在最关键的事情上，但还是有海量的信息我们没有能力进行如此高精度的分析。所以说，我们的大脑绝对不可能通过逐一分析的方法解读眼前的美景。

相信你在心中肯定问出了一个问題，要是我们的视觉系统处理能力有限，那我们究竟是如何轻松且不间断地看见这个世界的呢？我们的大脑会“死机”吗？

的确，我们虽然可以看到美妙的世界，但这不代表我们的大脑需要像蛮牛那般工作。我们的视觉系统在应对日常生活中的海量信息时不必、也无法把眼前的事物逐一加工。相反，我们的视觉系统用巧妙的算法规避了问题，让我们“感觉”到眼前丰富且跃动的万物，而且也不会因为太过丰富而“死机”。

空间有限时，压缩能更好地传递信息

科学家们发现，当面对接收到的几近无穷的信息时，我们的视觉系统会用统计方法来应对。简单来说，视觉系统会抓住所接收到同类信息的“平均值”，从而有效“压缩”数据量。通过充分利用所有的能力，来把握最关键的信息，真可谓四两拨千斤。著名科学家香农在他伟大的信息论中曾经提出，信息传递的上限可以被数学推算。既然能传递的东西有限，加大信息密度正是提高计算能力的方法，压缩一下岂不是正好？

我们的大脑之所以可以提取出平均值，是因为我们眼前的世界有着大量的重复。最经典的例子，应当是大英博物馆的镇馆之宝——罗塞塔石碑。其内容是古埃及法老托勒密五世的诏书，分别由古埃及象形文字、古埃及草书以及古希腊文字，共三种文字组成。著名语言学家商博良正是通过这个石碑破译了古埃及象形文字。虽然石碑受到了时间的侵蚀，损失不少，但是正因为用了三种语言，互为备份，冗余的信息才得以完好地留存下来。虽说重复可以提升保存的可能性，但是在处理能力有限的视觉系统，反倒成为了负担。

而大文豪欧阳修也用自己的亲身例子告诉我们，压缩可以让信息传递更高效。当他与友人看到通衢大道上，一匹骏马飞奔而过，踩死一条狗的时候，他在翰林院的同僚都只能用许多文字来描述这一情况。而欧阳修幽默地表示，如果以这种方式表达信息，那史书怎么能写得完？他只用六个字“逸马杀犬于道”就能有效地传达信息。他对于用字的精炼，其实展现了朴素的信息压缩观念。在空间有限的时候，压缩可以更好地传递信息。

利用统计加工降低负荷，提高精度

科学家们发现，视觉系统可以用统计方法加工基本各类信息。虽然说处理方向、颜色这样较低级的信息，与处理面孔这类较高级信息，在不一样的大脑区域完成，但是统计加工似乎是视觉系统共有的能力。所以说，无论在多么复杂的场景下，我们的视觉系统都不会因为信息过多而卡壳，反而会利用统计方法，在保证精度的情况下，降低处理的信息量。虽然我们并不像文豪欧阳修那样会凝炼用字，但是我们的视觉系统都会用复杂的统计方法，帮助我们轻松地看这个美妙的世界。

统计加工可不只是提取出平均数。了解统计的读者肯定知道，描述一个分布可以从两个角度入手：第一就是集中趋势，那就是平均数；第二就是离散程度，可以用标准差表达。虽然你可能不太了解数理统计，但是我们的大脑还是懂一些的。它不光能提取平均数，也能搞清楚离散程度。

统计加工不仅能让我们搞清楚平均，还有差异。大家不妨想一想，搞清楚差异值就能明白内部差异大小。

统计加工不止能降低负荷，还能提高总体精度。正如同观察雨景，由于雨滴的透明性和高速度，使我们哪怕屏气凝神也不见得能准确地回忆起某一个雨滴准确的轨道和速度。虽然再准确的系统都有精度限制，但是进行平均之后，对于单个雨滴的观察误差也会受到平均。所以整体的误差会远小于个体的误差。哪怕说不准单个雨滴的方向，你也能说准整体的方向。

不过，视觉系统的压缩会带来一个问题：压缩会牺牲我们对于单个信息的精度。比如阿里尔教授就发现，我们虽然能记住整体的统计信息，但是我们很难回忆起个体的信息。由于大脑处理能力的限制，我们的统计加工其实是有损压缩；虽然整体留下了，但是个体的信息会被遗弃。所以，看体育比赛的时候，你可能只记得观众们整体的情绪，但是你记不起来每一位观众在某个瞬间的情绪，你甚至都记不清每一个观众的长相、性别、衣着以及具体的表情。倘若你没有投注注意力，统计加工方法在保证我们不“死机”的情况下，会“牺牲”这些信息的精度。

心理学、神经科学、计算机视觉的科研工作者们在一起协同工作，试图搞清楚“看”的秘密。而统计加工其实是“看”的过程中一个小小环节。科学就如同我们眼前的美景一般，复杂而深邃，哪怕一个小细节都是如此吸引人。

（《知识就是力量》2018年03期 应浩江/文）