Der Mensch lernt sein Leben lang, das Gehirn kann aber nur 4 GB speichern?

Im Leben hören wir oft eine inspirierende Aussage, nämlich: „Das menschliche Gehirn hat unbegrenztes Potenzial.“ Aber haben Sie wirklich über die Rationalität und Richtigkeit dieser Aussage nachgedacht?

Aus physikalischer Sicht gibt es im menschlichen Gehirn fast 100 Milliarden Neuronen, und jedes Neuron ist mit anderen Neuronen verbunden, wodurch ein äußerst komplexes Netzwerk zur Informationsverarbeitung entsteht. Sogar ein Mann wie Einstein, der von der gesamten Menschheit als Genie anerkannt wird, nutzt nur etwa 10 % seines Gehirns. Daraus lässt sich schließen, dass an der obigen Aussage nichts auszusetzen ist.

Eng verbundene Neuronen

Doch gleichzeitig scheint jeder eine Sache übersehen zu haben. Vergleicht man das Gehirn mit einem Präzisionscomputer, ist das komplexe Informationsnetzwerk wie ein „Empfänger“ und ein „Sensor“, die nur die Fähigkeit zum Empfangen und Wahrnehmen von Informationen steuern können, aber kaum in die „CPU“ und die „Speicherkarte“ eingreifen können, also das Problem der Informationsverarbeitung und -speicherung. Was wird also das Ergebnis sein, wenn wir es berücksichtigen?

Eine Antwort auf diese Frage lieferte kürzlich ein in Neuron veröffentlichtes Perspektivpapier. Nach Berechnungen stellten Forscher des California Institute of Technology eine etwas entmutigende Theorie auf: Selbst wenn der Mensch von der Geburt bis zum Tod weiterlernt, könnte der letztendlich angesammelte „Wissensspeicher“ lediglich 4 Gigabyte (GB) betragen, nicht einmal so viel wie ein kleiner USB-Stick, den man mit sich herumträgt. Aber bedeutet das, dass die Menschen nicht so schlau sind, wie wir denken? Offensichtlich nicht.

„Unbegrenzte Sensorik mit einem Single-Core-Prozessor“

Zunächst einmal müssen wir verstehen, dass das menschliche Gehirn zweifellos das Organ ist, das mit modernen wissenschaftlichen und technologischen Mitteln am schwierigsten zu erforschen und zu analysieren ist. Wenn wir also versuchen, die maximale Informationsmenge zu berechnen, die ein Mensch in seinem Leben speichern kann, können wir dies nur durch die Simulation einiger physikalischer Größen erreichen. Dabei spielt die Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung im Gehirn eine entscheidende Rolle.

Zu diesem Zweck wählte das Caltech-Forschungsteam zwei alltägliche Aktivitäten als Beispiele: Tippen und Sprechen. Die Menge an „Information“ (Entropie) pro Zeichen beträgt im Englischen etwa 1 Bit. Wenn eine Schreibkraft 120 Wörter pro Minute (2 Wörter pro Sekunde) tippen kann und das durchschnittliche Wort aus etwa 5 Buchstaben besteht, dann beträgt die Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit der Schreibkraft etwa 10 Bit pro Sekunde. Selbst der verbale Ausdruck, der eine höhere Informationsrate aufweist, beträgt nur etwa 13 Bit pro Sekunde, berechnet auf 160 Wörter pro Minute. Sogar ein professioneller E-Sport-Spieler, der Tausende von Tasten pro Minute tippen kann, kann – vorausgesetzt, er befindet sich im intensivsten Moment des Spiels – Informationen nur mit einer Geschwindigkeit von 16,7 Bit pro Sekunde verarbeiten.

Aus dem oben Gesagten können wir schließen, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit des menschlichen Denkens ungefähr bei 10 Bits pro Sekunde liegt. Daraus lässt sich errechnen, dass selbst wenn eine Person 24 Stunden am Tag ohne Unterbrechung lernt, nichts vergisst und 100 Jahre alt wird, das Wissen, das sie letztendlich speichern wird, weniger als 4 GB beträgt.

Gehirnspeicher

Einige haben jedoch den wissenschaftlichen Wert des 10-Bit-Durchschnitts in Frage gestellt, da er höchst kontraintuitiv ist. Schließlich waren die Menschen schon immer stolz darauf, schnell denken zu können. Gerade in der heutigen Informationsexplosion behaupten viele Menschen, dass „das Ansehen von Fernsehserien mit doppelter Geschwindigkeit zu langsam sei“. oder wenn sie sehen, dass die Downloadgeschwindigkeit der Netzwerkfestplatte bei einigen tausend Bits pro Sekunde (Kbps) bleibt, werden sie wahrscheinlich so wütend, dass sie den Computer direkt zertrümmern wollen ... Ein solcher Vergleich erweckt den Anschein, als würden Menschen mit zweierlei Maß messen. Ist das vernünftig?

Überraschenderweise macht es auch Sinn. Obwohl die Möglichkeiten des menschlichen Gehirns zur Informationsverarbeitung und -speicherung eher unbefriedigend sind, besteht das Erstaunliche darin, dass unser peripheres Nervensystem täglich mit einer extrem hohen Geschwindigkeit von bis zu Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) Informationen aus der Umgebung aufnimmt. Beispielsweise kann ein einzelner Zapfen im visuellen System Informationen mit einer Geschwindigkeit von 270 Bits pro Sekunde übertragen, und ein Auge allein verfügt über etwa 6 Millionen Zapfen. Mit anderen Worten: Allein das binokulare Sehsystem empfängt Informationen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3,2 Gigabit pro Sekunde. Infolgedessen hat sich die Kluft zwischen der Geschwindigkeit, mit der Menschen Informationen empfangen und der Geschwindigkeit, mit der sie diese verarbeiten, auf erstaunliche 108:1 vergrößert.

„Leistungsstarke Sensoren gepaart mit einem Single-Core-Prozessor“ könnten tatsächlich das Schicksal des menschlichen Gehirns sein …

Warum wählt das zentrale Nervensystem „langsame Arbeit und feine Arbeit“?

Dadurch tauchte ein noch größeres Rätsel auf: Können sich die Menschen aus dem langen Evolutionsprozess hervorheben und die Spezies mit Hilfe von Single-Core-Prozessoren dominieren? Die Forscher wiesen darauf hin, dass dies tatsächlich der Fall sei, da diese Geschwindigkeit ausreiche, um den Überlebensbedarf zu decken. Schließlich verändern sich die meisten Umgebungen, mit denen Menschen konfrontiert sind, relativ langsam, und diese „langsame“ Verarbeitungsfähigkeit übersteigt bei weitem die Grundbedürfnisse, die zur Bewältigung dieser Veränderungen erforderlich sind.

Eines muss im Namen des zentralen Nervensystems des Gehirns gesagt werden: Es handelt sich tatsächlich um einen „langsamen und stetigen Prozess, der gute Ergebnisse hervorbringt“. Generell kann das menschliche Nervensystem grob in zwei Arten der Informationsverarbeitung unterteilt werden: parallele Verarbeitung und serielle Verarbeitung, was durch die Parallel- und Reihenschaltung von Schaltkreisen verständlich wird. Dann ist der Unterschied offensichtlich, das heißt, erstere arbeiten gleichzeitig, während letztere nur eine Arbeit beenden können, bevor sie eine andere erledigen.

"Serie" und "Parallel"

Unser peripheres Nervensystem im Körper basiert auf einem parallelen Ansatz zur Informationsaufnahme. Beispielsweise erzeugt die Netzhaut 1 Million Ausgangssignale pro Sekunde, von denen jedes das Ergebnis einer lokalen Berechnung des visuellen Bildes durch Netzhautneuronen ist. Diese Signale werden dann zur Verarbeitung an den primären visuellen Kortex weitergeleitet. Das zentrale Nervensystem verarbeitet Informationen jedoch seriell. Wenn mehrere Aufgaben gleichzeitig ausgeführt werden, durchläuft das zentrale Nervensystem die sogenannte „psychologische Refraktärzeit“ und konzentriert sich nur auf eine der Aufgaben. Dieser Mechanismus erklärt, warum sich Menschen auch in lauten Umgebungen noch auf bestimmte Gespräche konzentrieren können.

Darüber hinaus verarbeitet das menschliche Gehirn selektiv nur einen kleinen Teil der Informationen aus Sinneserfahrungen, und nur diese gefilterten Informationen gelangen in unser Bewusstsein und werden in Erinnerungen umgewandelt. Forscher glauben, dass der Grund dafür, dass das Gehirn Daten so langsam verarbeitet und dennoch ein so großes Netzwerk an Neuronen benötigt, darin liegt, dass wir häufig zwischen Aufgaben wechseln und Informationen zwischen verschiedenen neuronalen Schaltkreisen integrieren müssen. Beispielsweise erfordert das Autofahren einen schnellen Wechsel zwischen der Sicht auf die Straße, das Armaturenbrett, den Rückspiegel und die Navigation, und unterschiedliche Aufgaben erfordern unterschiedliche Informationsverarbeitungsmodi.

Warum also hat der Mensch diesen seriellen Verarbeitungsmechanismus entwickelt? Wissenschaftler glauben, dass dies mit der Funktion des Nervensystems in der Frühphase des Evolutionsprozesses zusammenhängt. Die Hauptfunktion des Gehirns der frühesten Organismen mit Nervensystem bestand darin, Konzentrationsgradienten von Geruchsmolekülen zu erkennen, um die Bewegungsrichtung zu bestimmen und sich so der Nahrung zu nähern oder Raubtieren auszuweichen. Da Organismen sich immer nur an einem Ort aufhalten und nur einen Weg wählen können, entwickelte sich diese Architektur, die nur ein einziges Problem löst, allmählich zur Grundlage des heutigen zentralen Nervensystems.

Tatsächlich kann man einen ähnlichen Mechanismus feststellen, wenn man die Gedächtnisgeheimnisse derjenigen beobachtet, die über die „stärksten Gehirne“ verfügen. Es ist wie bei Sherlock Holmes‘ „Gedächtnispalast“: Sie nutzen stets eine vertraute Szene, um die benötigten Informationen fragmentarisch am Wegesrand zu platzieren; und wenn sie Erinnerungen abrufen müssen, stellen sie sich vor, sie würden diese Szene noch einmal durchlaufen und die Fragmente Stück für Stück extrahieren. Die Forscher schlugen außerdem vor, dass menschliches Denken tatsächlich als eine Form der Navigation im abstrakten konzeptuellen Raum betrachtet werden kann.

Die „Gedächtnispalast-Technik“ in Sherlock Holmes

Schließlich interpretierten die Wissenschaftler in dem Artikel auch das menschliche Verhalten, im Leben „auf Aufregung zu stoßen“, „spielerisch“, und zwar: „Gerade weil die Geschwindigkeit, mit der Menschen Informationen verarbeiten, im Vergleich zu den langsamen Veränderungen in der natürlichen Umgebung noch immer eine große Redundanz aufweist, entscheiden sich viele Menschen für Hochgeschwindigkeitssportarten und rasante elektronische Spiele, um die Verarbeitungsgrenzen des Gehirns herauszufordern und Freude daran zu haben.“

Gleichzeitig wiesen sie aber auch auf eine grausame Wahrheit für diejenigen hin, die internetsüchtig sind und sogar beginnen, sich von der realen Welt zu entfremden: In Mensch-Maschine-Kämpfen in Videospielen sind Maschinen nicht durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Menschen begrenzt. Das heißt: Wenn es für die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine keine Begrenzung gibt, ist es für den Menschen unmöglich, mit dieser Geschwindigkeit mitzuhalten.

Wenn Sie also im Strudel des Wettbewerbs mit dem Computer stecken bleiben und sich nicht befreien können, denken Sie bitte daran, dass Sie nur einen Feind herausfordern, der im Grunde unbesiegbar ist, und dass es überhaupt nicht nötig ist, ihn zu besiegen. Anstatt also der Geschwindigkeitsbegrenzung nachzujagen, ist es besser, sich auf die effiziente Nutzung der effektiven und leicht verständlichen Informationen um Sie herum zu konzentrieren und wieder zur Realität zurückzukehren.