Nature neuroscience
人类大脑信息处理速度新视角：超越10位/秒的瓶颈

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该研究挑战了传统观点，提出运动控制在不可预测环境中的信息处理速度远超10位/秒，为神经科学和脑机接口设计提供了新思路。

 

文献概述
本文《The brain works at more than 10 bits per second》，发表于《Nature neuroscience》杂志，回顾并总结了关于人类信息处理速度的最新争议。传统观点认为大脑处理信息的速度极限为10位/秒，但该研究指出，这一限制主要适用于高级认知功能，而运动控制等无意识处理过程远超该限制，尤其是在复杂环境中保持身体平衡和动作协调所需的反馈调节。

背景知识
在神经科学中，信息处理速度是衡量大脑功能的关键指标之一。以往研究通过测量人类行为中抽象符号序列的随机性，推断大脑的信息输出速度上限为10位/second。然而，该观点忽视了大量无意识的运动控制过程，这些过程需要实时处理视觉、前庭、本体感觉等信息以维持动作稳定。运动控制回路在毫秒级时间尺度上运行，依赖多条反射弧与中枢神经系统的并行处理能力，因此其信息吞吐量可能远高于认知任务。该研究的提出为理解大脑在实时反馈控制中的高效性提供了新视角，也为脑机接口、神经工程等技术发展提供了理论支持。

 

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研究方法与实验
研究者回顾了传统信息处理速率的测量方法，并指出其局限性。该方法通过分析人类行为中符号序列的随机性来估算信息输出上限，但忽略了无意识运动控制过程中大量并行的神经计算。文章进一步分析了大脑在复杂环境中的反馈控制机制，例如在不平整地形中跑步时，神经系统必须每250毫秒调整肌肉激活状态，以应对不可预测的地面变化。这种高频调整涉及视觉、前庭系统、本体感觉等多个信息流的实时整合，远超10位/秒的理论限制。

关键结论与观点

• 大脑在处理无意识运动控制时的信息吞吐量远超10位/second，尤其是在复杂、不可预测环境中，其处理速率可高达数百甚至上千位/秒。
• 传统方法低估了大脑的信息处理能力，因其主要关注有意识行为的不确定性，而忽略了实时反馈调节所依赖的大量并行神经信号。
• 运动控制回路的高效性表明，大脑的真正瓶颈可能并非整体信息处理，而是高级认知功能的串行处理模式。
• 该研究挑战了“大脑信息处理能力受限于10位/秒”的观点，提出大脑的高速无意识处理机制应被单独考虑。

研究意义与展望
文章强调，神经科学应重新评估大脑信息处理的理论模型，区分有意识与无意识处理的机制。该发现对脑机接口、人工智能模仿人脑控制策略、神经康复工程等方向具有深远影响。未来研究可进一步量化不同脑区在运动控制中的信息流，探索大脑如何在不完全信息条件下维持高精度动作。

 

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结语
该研究颠覆了传统对大脑信息处理速度的认知，指出10位/秒的限制仅适用于高级认知任务，而无意识的运动控制回路则具有更高的处理带宽。这一发现不仅深化了对大脑实时计算能力的理解，也为脑机接口、神经康复、机器人控制等技术提供了新的理论基础。未来研究应更细致地区分不同神经通路的信息处理速率，以更准确地模拟人脑在复杂环境中的控制机制，推动相关技术的发展与应用。

 

Britton A Sauerbrei and J Andrew Pruszynski. The brain works at more than 10 bits per second. Nature neuroscience.