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模块化大脑的优势

2024年12月26日  来源:意识本能 作者:迈克尔·加扎尼加 提供人:It8933......

我们从这种结构设计中能看出,与整体功能脑相比,模块化脑具有许多优势。首先,模块化脑的能量消耗更少。因为每个模块都被进一步划分为小单元,在完成特定任务时,模块中只有部分区域需要保持活跃。如果一举一动都需要全体出动,你的大脑要交的电费怕是要突破天际。这就好比你住在一个炎热的城市,到了夏天,如果你在晚上只开卧室空调,就比给整个房子制冷要省钱。抛开利用模块化节省能源这一条,大脑依旧消耗了我们每天摄入能量的1/5,它真的在高效使用这些能源吗?

其次,事实上,作为一个耗能大户,我们的大脑意外地还算高效。神经元通过大脑的“电线”即轴突和树突传播电信号。尽管这些神经连线和现代电器使用的电路运作方式不同,但基本原理还是一样的,二者都靠电流将信息从一处传至另一处,而这一过程需要耗能。电流传播得越远,消耗的能量就越多;轴突越粗,电流遭遇的阻抗越大,消耗的能量也越多。局部模块化运作使得大脑只需进行短距离传输,需要的连线更细,模块间传导时间更短,因此可以节省大量能源。此外,根据神经系统的活跃度计算,要保证连线长度和传导延迟最小化,连线比例(也就是由轴突组成的灰质比例)应为60%。许多大脑结构的连线系统都十分接近这一黄金比例18。相反,如果大脑是一个一体的单元,那么各脑区的短距离连线和长距离连线数量应大体一致,而长距离就意味着更多的“电线”和更多的“能耗”。模块化的大脑将连线比例维持在一个较低的水平(3/5,也就是60%),从而限制长距离电信号传输的数量。

The Consciousness Instinct

总而言之,大脑似乎能够通过模块化实现能量使用效率的最大化。

再次,模块化大脑的功能效率也很高,因为数个模块可以同时对特定信息进行处理。有了能各自独立运行的多模块系统,我们就能轻松地一边走路一边说话,同时还一边嚼口香糖,换作时刻追求协调所有功能的单一系统,事情就没那么简单了。此外,如果大脑是一个统一单元,它就必须成为一个多面手,才能合格地完成我们的日常活动。但是,如果将特定任务交给特化的“大师”模块,效率就会高很多。在复杂系统中,功能特化的现象无处不在。例如,当最好的农民都在种地、最好的教育者都在教书、最好的经理都在管理层时,经济自然会蓬勃发展。糟糕的经理能搞垮一个公司,糟糕的农民会破产,而糟糕的老师——好吧,我们或许都遭遇过至少一个糟糕的老师,也都清楚这会产生什么后果。当人们术业有专攻,而不是时时刻刻为所有经济事务操心,他们就成了专家。专家是更高效的生产者。比起事事都由所有人参与,多个专家同时工作带来的经济产出更高。这样看来,我们的大脑能够进化出模块化结构,并能同时高效处理多种信息,就显得很合理了。

模块化最重要的一项优势也许是在不断变化的环境中,模块化大脑能够更快地适应或进化,因为它能够在其他模块不变的情况下改变或复制某一个模块,从而无须改变那些已经充分适应环境的模块。这样一来,系统中某一区域的进化就不会影响其他功能正常的区域。

即使不讨论进化,大脑的模块化也能帮助我们更好地习得新技能。研究者发现,人在学习一项运动技能的过程中,大脑特定神经网络的结构也会发生变化19。对许多技能来说,熟能生巧都是成立的,我们也能够通过经验掌握新的技能。倘若每习得一项新技能,整个大脑的运作方式都会发生变化,我们就会因此而对旧技能生疏。大脑模块化能够在资源稀缺的环境下节约能源,在时间有限的情况下平行开展认知加工活动,在新的生存压力来临之时更轻松地改变功能,并帮助我们学习多种多样的新技能。如果我们停下来仔细琢磨一下其中的道理,就会发现大脑根本不可能会是模块化以外的模样。

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