@Lena Vargas
来源：六六脑
在认知领域，人类有着无与伦比的卓越性。毕竟，还没有哪一个物种能向陌生的星球发射探测器，研发出可以挽救生命的疫苗，以及写出能够流芳百世的诗歌。
人脑是如何处理信息的？人们对这一问题感兴趣，但却没有明确的答案。
▎交换信息
多年来，我们对大脑功能的理解发生了变化。但目前的理论模型将大脑描述为一个「分布式信息处理系统」。
这意味着它有不同的组成部分，它们通过大脑的线路紧密地连接在一起。为了能够彼此交互，各区域会通过输入和输出信号系统交换信息。
然而，这种信息处理实则只是冰山一角，因为信息并非都是一样的，从可识别程度上，不同的信息种类就有好几种，每一种都有其特定的优势。
因此，要正确地理解信息处理体系结构，就有必要先了解正在处理的信息是什么类型。
近日，在《自然·神经科学》杂志上发表的一项研究中，研究人员使用了来自不同物种和多个神经科学学科的数据，证明了人类大脑中存在的信息处理类型不止一种。
他们还发现，人类和其他灵长类动物处理信息的方式不同，这也许可以解释为什么人类的认知能力如此优越。
▎冗余信息与协同信息
研究人员借鉴了信息理论的数学框架的概念，这是一项测量、存储和交流数字信息的研究，对互联网和人工智能等技术至关重要，它可以跟踪大脑如何处理信息。
它将来自不同大脑网络的复杂信号整合在一起，通过这种整合获得额外的优势。
▲通用通信系统原理图
一些大脑区域以一种非常刻板（输入——输出）的方式与其他区域交换信息，这确保了信号以可复制和可靠的方式传播。对于专门负责感觉和运动功能(如处理声音、视觉和运动信息)的区域来说就是如此。
以眼睛为例，它将信号发送到大脑后部进行处理。发送的大部分信息都是重复的，由每只眼睛提供。每只眼睛都会提供一些另一只眼睛看不到的视野边缘的信息，这是每只眼睛的「独有信息」。
然而当我们闭上其中一只眼睛时，仍有一些信息能够被保留，这部分信息被称为「冗余」信息，它们由多个信息源共同提供。举例来说，与颜色有关的信息在很大程度上就是冗余的。
@Nick Kumbari
但冗余信息提供了稳健性和可靠性，因为它使我们仍然可以用一只眼睛接收信息。这种能力对生存至关重要。
然而，并不是所有由眼睛提供的信息都是多余的。闭上一只眼睛会剥夺我们获取与深度有关的立体信息，结合来自两只眼睛的信息最终使大脑能够处理物体之间的深度和距离。这也是电影院里3D眼镜的基础。
这是处理信息的一种完全不同的方式的例子，这种方式大于部分之和。当来自不同大脑网络的复杂信号被整合在一起时，我们把这种类型的信息处理称为「协同」。
协同处理在支持广泛的更复杂的认知功能的大脑区域中最普遍，如注意力、学习、工作记忆、社会和数字认知。它不是固定的，因为它可以根据我们的经历而改变，以不同的方式连接不同的网络。这促进了信息的组合。
@Shutterstock
这些协同作用发生的区域，主要在大脑皮层的前部和中部(大脑的外层)，这一区域整合了来自整个大脑的不同信息来源。
因此，与处理主要感觉和运动相关信息的区域相比，它们与大脑其他部分的连接更广泛、更有效。支持信息整合的高协同区域通常也有很多突触，这些微小的连接使神经细胞能够交流。
▎信息类型的平衡
研究人员想知道，这种通过大脑复杂网络积累和构建信息的能力，在人类和其他灵长类动物之间是否有所不同，因为从进化的角度来看，它们与我们是近亲。
为了找到答案，他们研究了不同物种的大脑成像数据和基因分析。发现协同作用在人类大脑中占总信息流的比例高于猕猴大脑。相比之下，两种物种的大脑对冗余信息的依赖程度是相同的。
然而，研究人员也专门研究了前额皮质，这是大脑前部的一个区域，支持更高级的认知功能。在猕猴中，冗余信息处理在这一区域更为普遍，而在人类中，这是一个协同重要的区域。
随着进化，前额叶皮层也经历了显著的扩张。当研究人员检查黑猩猩大脑的数据时，发现在进化过程中，人类大脑的一个区域相对于黑猩猩的对应区域的大小扩张得越多，这个区域就越依赖协同作用。
@Shutterstock，尼泊尔斯瓦扬布纳特寺的恒河猴。
此外，研究人员还对人类捐赠者的基因进行了分析。这表明，与处理协同信息相关的大脑区域更有可能表达人类特有的、与大脑发育和功能(如智力)相关的基因。因此，研究人员得出结论，额外的人类脑组织，作为进化的结果，可能主要致力于协同作用。
反过来，人们很容易推测，更大的协同优势可能在一定程度上解释了我们额外的认知能力。协同作用可能会为人类大脑进化之谜增添一块之前一直缺失的、重要的拼图。
这项新的研究揭示了人类大脑如何在信息的可靠性和整合性之间进行权衡。更重要的一点是，新发展的框架有望对广泛的神经科学问题提供至关重要的新见解。
文章资料：
https://m.huxiu.com/article/570852.html
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28162899/；
https://www.nature.com/articles/s41593-022-01070-0；
https://people.math.harvard.edu/~ctm/home/text/others/shannon/entropy/entropy.pdf；
https://mitpress.universitypressscholarship.com/view/10.7551/mitpress/9780262514620.001.0001/upso-9780262514620；
https://theconversation.com/what-is-it-about-the-human-brain-that-makes-us-smarter-than-other-animals-new-research-gives-intriguing-answer-183848；
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