追问新知｜如何让满载的大脑高效运行？

以神经功效学拯救大脑过载

当我们使用电脑同时打开多个软件的时候，电脑往往会因为过载而卡顿。这个情况不仅仅出现在电脑中，我们在生活中也或多或少经历过类似的情况——当环境中有太多需要我们注意、记忆的事件同时发生时，我们很容易感到自己像是算力不足的电脑，这其实是我们的认知出现过载的情况。认知过载经常造成消极后果，导致我们错过重要信息、无法及时完成任务，或是做出错误的决策。

在大脑过载的情境下，人们往往无法做出最正确的决策——这样的情况不仅仅发生在人们的日常生活中，即便是面对决定生死的至关重要的时刻，认知过载同样影响着人们的决定。在一项研究中[1]，研究人员要求飞行员进行飞行模拟。他们的任务是听到危急警报声时按下一个按键。研究发现，超出三分之一的情境中，飞行员没能识别出这个警报。为了进行进一步探究这种疏忽的原因，研究人员们通过脑电仪（EEG）记录了飞行员在飞行模拟时大脑中的情况。他们发现，模拟飞行对飞行员们的大脑造成了极大的负荷，这使得外界的其他输入信息无法突破他们的认知加工瓶颈。因此，飞行员忽略了危险的警报声。

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人类需要帮助，因为我们自身的大脑是十分局限的——人脑不仅容量有限，能够利用的能量也有限。为了更好地帮助人们完成任务，神经功效学（Neuroergonomics） 应运而生。

神经功效学寻求突破认知瓶颈的方式，致力于降低由人为因素导致的日常事务乃至于危机事故。通过神经科学的研究方法，这一领域的研究者们尝试理解大脑是如何工作的、为什么人脑时常犯下后果严重的错误（例如上文中飞行员忽视重要的警报声）。一旦理解了大脑的活动规律，我们便能通过机器、技术进行监测。

神经功效学旨在通过机器与人类共同“合作”，监测人们的认知资源（cognitive workload），即大脑利用能量及资源进行决策、完成任务的情况，并避免消极后果的产生。从神经功效学的角度来看，我们能通过有机技术或是电子工具来减轻完成任务所需的认知资源。

集体心智

现代社会给我们带来了不少能够提升效率、降低误差的电子“伙伴”。研究发现，能够帮助我们的伙伴不仅局限于我们手腕上的智能手表，现实生活中的合作者也能帮助我们解决认知过载问题。

一系列研究显示，无论是在罗曼蒂克场景下，还是在学习、工作场合中，人们的脑波都会在合作沟通中逐渐同步。2021年在德国慕尼黑举行的的神经功效学会议中，一项报告[2]显示，这种同步性不仅体现在人们的脑波上——报告者表示，他们发现于其他的学生相比，同一个课堂中的学生表现出了更相近的心跳频率以及皮电反应。他们认为，这些指标能够告诉我们课堂中的哪些学生走神了。但这项发现同样支持了一种新的可能性，即共同合作能够带来同步性，而分担同样的认知负荷能够创造共同解决问题、进行决策的合作空间。

集体心智（collective mind）并不是一个新的概念。它的意思是，在一个社会性的物种中，通过悠长的演化进程，社会逐渐发展出集体的心智，通过它们完成任务。史蒂芬·斯洛曼（Steven Sloman）与合作者共同提出，即便是在我们运用个体智慧时，我们也同时运用到了其他心智总结出来的知识，这类知识被称作“社群知识”。

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当无数个体把他们的知识编织成一张具有社会特征的网络，我们便有了文化。牛津大学的高级研究员塞西莉亚·海耶斯（Cecilia Heyes）认为，人类并非生来就具有社交本能，但我们具有能够习得这些行为的认知工具，通过记忆、注意力等认知能力，我们能够习得社会中的社群知识。

演化为我们提供了基本的工具箱，但不同社会文化作用于我们的认知工具，使得不同文化的个体具有不同的认知技能。通过达尔文主义的视角，她提出，通过社会学习可以使属于一个文化的认知工具得以延续。

她将这种后天塑造的工具称作认知工具（cognitive gadgets），认知工具包括对他人的模仿能力等，这些能力被认为是衡量人类发展进程的重要能力。这种工具同样可以被视作一种神经功效学捷径。比方说，我们不需要在每次看到他人微笑时，都重新学习微笑意味着什么。对微笑含义的自动解读为我们的大脑节省了认知资源，我们能利用这些认知资源去完成其他任务。

海耶斯还认为，如果认知工具理论正确，那么，我们文化所创造出的真实工具，能够“为我们的认知能力带来快速的文化演化”。

我们也确实发现随着现代技术的发展人们的认知测试得分也随之提升。新西兰心智研究者詹姆斯·弗林（James Flynn）提出的弗林效应描述的便是这种发展：他发现在20世纪中期，仅仅几十年的时间内，全国的智商测试得分表现出了极为显著的增长。一些研究显示，具有更高智商得分的个体能够承担更高的认知负荷。一个可能的解释是，更高智商的人能够更高效地处理任务，从而在工作时需要更少的认知资源。如果电子工具也能提高我们的工作效率，从而解放更多的认知资源，那么，进一步提升我们认知能力的人-机系统或许正是未来的发展方向。

现代技术

实际上，描绘的未来可能早已来到我们身边。电子日历、提醒系统在工作场合中已非常常见。随着工作场合与个人生活之间逐渐重叠，人们无时无刻都需要解决众多任务。在这样的认知负荷下，人们面临最大的问题是维持注意力，避免走神。研究者[3]认为，从神经功效学的角度来看，有效的策略除了通过电子应用标记任务的重要程度从而引起注意，还可以通过电子设备监控我们的生理指标，对可能发生的认知过载进行预测，从而提示用户及时避免可能产生的决策失误。

能够帮助我们从神经功效学角度提高工作效率的电子工具——可穿戴设备逐渐进入到我们的生活中。通过这些设备，人们能够监控心跳频率以及心率变异性（heartrate variability），这些指标能够体现出我们的即时认知负载。研究显示，当人们的认知过载时，心率变异性降低。这表明我们对于输入信息的变化可能无法做出灵活地调整。这项生理反馈指标还处于开发阶段，但应用未来并不遥远。在不久的将来我们将有可能通过腕间的穿戴设备，判断自身的认知加工情况[4]。

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研究人员们正在探究如何在更加紧急的场景中利用这些生理指标。2019年，研究者们为美国国家航空航天局（NASA）的航天员们设计了一项负荷指标量表[5]。该量表监控的生理指标包括心率变异性、言语特征、瞳孔扩张情况以及EEG监测指标。该研究开发出的算法能够通过这些收集到的信息调节每个宇航员收到的工作，从而最大程度地降低工作失误。

这些算法也在不断接近我们的日常生活。2020年的一项研究中，研究者们通过学生及教师的可穿戴设备监测他们的体温、心率以及皮电反应，预测他们的教学效果——这组研究人员希望通过这种方法调节学生们学习过程中的认知负载。此外，他们还希望通过这种方式让教育者更好地调整教学方式，进而提升教学效果。

人-机系统能够显著提升我们的认知能力。在可以想象的未来，机器或许能够为每个人自身的认知工具搭建起一座座桥梁，通过这样的方式，我们能更好地从集体智慧获益。这些桥梁甚至能够跨越时间维度——通过机器将我们大脑中的知识留存于世间，或将创造出一种全新的知识传递方式。

作者：山鸡

编辑：Aaron，EY

排版：Jingtong

[1] https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8914010

[2] https://neuroergonomicsconference.um.ifi.lmu.de/wp-content/uploads/submissions/169.pdf

[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7154497/

[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451958821000646

[5] https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1555343419847906

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