也許記憶的極限并非源于神經(jīng)結(jié)構(gòu)本身，而是源于感知維度的數(shù)學(xué)規(guī)律。一個多世紀(jì)以來，神經(jīng)科學(xué)家們一直在尋找記憶的物理痕跡，也就是那種被稱為“記憶痕跡（engram）”的神秘神經(jīng)模式，人們覺得它是大腦中編碼經(jīng)驗的基礎(chǔ)。如今，研究者們可能發(fā)現(xiàn)了更有趣的事：一種數(shù)學(xué)上的原因，或許能解釋為什么人類的感知與記憶似乎被“調(diào)諧”在某個特定的極限上。

在一項發(fā)表于《科學(xué)報告》（Scientific Report）的新研究中，來自倫敦國王學(xué)院、拉夫堡大學(xué)與斯科爾科沃科技學(xué)院的研究人員提出了一個理論模型，顯示大腦形成與保持記憶的能力，可能取決于它所感知的“感官世界”的維度數(shù)。

結(jié)果表明，存在一個“最佳感官維度數(shù)”，大約是7。在這一點上，記憶存儲的效率達(dá)到峰值，而在更高維度時則開始下降。

研究者寫道：“模型一個有趣的結(jié)果是，它暗示在神經(jīng)系統(tǒng)或類神經(jīng)系統(tǒng)演化中，存在一個‘最佳感官數(shù)’。當(dāng)感官數(shù)量等于7時，概念空間的容量最大，也就是說，對外部世界的感知最為豐富，此時不同概念得以保存的數(shù)量也達(dá)到最大。”

這項研究的核心問題是：一個智能系統(tǒng)需要多少種感官，才能記住關(guān)于其環(huán)境的最多信息？

為探討這一問題，研究者建立了他們所謂的“記憶痕跡動力學(xué)模型”。這些是數(shù)學(xué)表示，用來展示記憶如何在一個“概念空間”中形成、變化與消退，這個空間可被理解為一個多維的經(jīng)驗地圖。在該模型中，每個記憶痕跡幾乎就像一個“活的”對象，會根據(jù)受到刺激（如視覺、聽覺、觸覺等）的頻率而擴(kuò)張、收縮或融合。

研究者寫道：“如果每種特征對應(yīng)一種感官，那么這個臨界維度就意味著一個系統(tǒng)若想保持最多不同概念，其最佳感官數(shù)量正是這一維度?！?/p>

換言之，如果每個感官代表感知中的一個維度，那么似乎存在一個自然的極限——七維，超過這一點后，大腦區(qū)分不同概念的能力就會下降。

這項研究基于德國生物學(xué)家理查德·塞蒙（Richard Semon）在1904年提出的“記憶痕跡”概念。一個多世紀(jì)以來，神經(jīng)科學(xué)家們通過腦成像與光遺傳學(xué)實驗，試圖在大腦中找到這些神經(jīng)性的“記憶蹤跡”，并識別出在回憶時重新激活的特定神經(jīng)元群。然而，盡管這些研究揭示了記憶可能存在的位置，卻無法解釋記憶如何隨著時間演變、相互競爭。

這項新研究通過數(shù)學(xué)彌補了這一空白。研究者利用蒙特卡洛模擬與解析解，建模了在持續(xù)刺激下記憶痕跡的動態(tài)行為。

在模擬中，當(dāng)多種感官印象聚集時，記憶就會形成，并在重復(fù)刺激下變得更強；若缺乏刺激，它們會逐漸擴(kuò)散、模糊，就像隱喻性的“遺忘”。

這種記憶與遺忘的拉鋸最終形成一種平衡。然而，當(dāng)研究團(tuán)隊在不同維度的概念空間中模擬記憶痕跡時，他們發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的結(jié)果。

隨著維度增加，獨特記憶的數(shù)量也隨之上升，直到某一點。超過第七維后，記憶容量反而開始下降，因為不同記憶痕跡之間的重疊與干擾使系統(tǒng)效率降低。

斯科爾科沃人工智能研究所教授、論文合著者尼古拉·布里連托夫（Nikolai Brilliantov）在新聞稿中指出：“當(dāng)我們考慮給定維度下的概念空間的最大容量時，我們意外地發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)態(tài)中，記憶中儲存的不同記憶痕跡數(shù)量在七維時達(dá)到最大。因此，我們稱之為‘七感假說’。”

這一“臨界維度”不僅揭示了記憶機(jī)制，也可能解釋了生物感官系統(tǒng)為何以現(xiàn)在的方式演化。

傳統(tǒng)上，人類被認(rèn)為有五種感官，即視覺、聽覺、嗅覺、味覺與觸覺，但神經(jīng)科學(xué)如今還認(rèn)可幾種額外感官，如本體感受（proprioception，即身體位置感）與平衡感（equilibrioception）。

認(rèn)知在七個輸入左右達(dá)到峰值的觀點并非新鮮。心理學(xué)家喬治·A·米勒（George A. Miller）在1956年提出，人類平均能在工作記憶中保持大約“七個±二”信息單元。這一新模型為這一長期觀察到的認(rèn)知極限提供了潛在的物理與數(shù)學(xué)依據(jù)。

研究者指出，敏感性與精確性之間的平衡，即對新經(jīng)驗的開放與保持清晰記憶之間的權(quán)衡，可能反映出一種普遍原理。高度敏感的系統(tǒng)傾向于形成模糊、重疊的記憶；而過于選擇性的系統(tǒng)則可能錯失新經(jīng)驗。

研究者寫道：“感受性越高，所學(xué)概念越不清晰?！彼麄儗⑦@種張力類比為機(jī)器學(xué)習(xí)中的“偏差 - 方差權(quán)衡（bias - variance trade - off）”，系統(tǒng)必須在泛化能力與過擬合之間取得平衡。

從生物學(xué)角度看，這一發(fā)現(xiàn)暗示，演化可能已將人類的感官能力“調(diào)諧”在一個最佳點，在這里，感知、學(xué)習(xí)與記憶的效率都達(dá)到最大。增加更多感官或感官維度并不一定能提升認(rèn)知，反而可能讓大腦的概念空間過載，導(dǎo)致記憶間的干擾。

這一“記憶痕跡動力學(xué)框架”也可能啟發(fā)人工智能與類神經(jīng)計算領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域中，模仿生物大腦的記憶系統(tǒng)同樣必須在學(xué)習(xí)的靈活性與信息的穩(wěn)定性之間取得平衡。擁有過多輸入通道的AI系統(tǒng)，可能會像超過最佳感官維度的大腦一樣，出現(xiàn)“信息飽和”與混亂。

研究者寫道：“除了揭示并證明概念空間中存在臨界維度外，所提出的記憶痕跡動力學(xué)模型還可能為現(xiàn)有與未來的實證數(shù)據(jù)提供新的解釋。例如，可以通過實驗來檢驗記憶痕跡的融合與分裂機(jī)制?！?/p>

他們建議，通過向受試者呈現(xiàn)一系列感官刺激并測量其記憶痕跡的區(qū)分度，科學(xué)家可以在現(xiàn)實中估計模型變量，如學(xué)習(xí)速率與遺忘速率。

最終，這項研究提供了一個誘人的視角：人類感知的結(jié)構(gòu)，我們看、聽、觸、平衡的方式，或許不僅僅是生物演化的產(chǎn)物，更是反映了支配記憶系統(tǒng)的深層數(shù)學(xué)規(guī)律。

布里連托夫博士補充道：“我們的結(jié)論當(dāng)然在應(yīng)用于人類感官時仍屬推測，但誰知道呢？未來的人類也許真的會演化出對輻射或磁場的感知能力。”

參考文獻(xiàn)

Otieno, W., Tyukin, I.Y. & Brilliantov, N. The critical dimension of memory engrams and an optimal number of senses. Sci Rep 15, 29972 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598 - 025 - 11244 - y

原文：

https://thedebrief.org/forget - the - sixth - sense - new - study - says - the - human - brain - may - be - wired - for - seven - senses

本文來自微信公眾號“神經(jīng)現(xiàn)實”（ID：neureality），作者：Tim McMillan，譯者：EY，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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