La pensée humaine est en retard sur la vitesse sensorielle

Résumé: Une nouvelle étude révèle que les humains pensent à une vitesse de 10 bits par seconde, tandis que les systèmes sensoriels traitent un milliard de bits par seconde, soit 100 millions de fois plus rapidement. Cela met en évidence un paradoxe : pourquoi le cerveau traite-t-il les pensées si lentement alors que les entrées sensorielles sont si vastes ?

Les chercheurs proposent que l’évolution du cerveau ait donné la priorité à la concentration sur des « chemins » de pensée uniques, ce qui s’apparente à la navigation dans des espaces de concepts abstraits. Ces résultats remettent en question les notions d’interfaces cerveau-ordinateur permettant une communication plus rapide, alors que la limite de vitesse inhérente au cerveau persiste.

Faits clés :

• Vitesse de pensée : Les processus de pensée humaine se produisent à 10 bits par seconde, bien plus lents que le débit d’un milliard de bits des systèmes sensoriels.
• Évolution du cerveau : La contrainte de focalisation unique du cerveau peut provenir d’adaptations évolutives pour la navigation et la prise de décision.
• Interfaces neuronales : Les interfaces directes cerveau-ordinateur fonctionneraient toujours à la vitesse naturelle du cerveau de 10 bits par seconde.

Source: CalTech

Les chercheurs de Caltech ont quantifié la vitesse de la pensée humaine : un débit de 10 bits par seconde. Cependant, les systèmes sensoriels de notre corps collectent des données sur notre environnement à un rythme d’un milliard de bits par seconde, soit 100 millions de fois plus rapide que nos processus de pensée.

Cette nouvelle étude ouvre de nouvelles pistes d’exploration majeures pour les neuroscientifiques, notamment : pourquoi ne pouvons-nous penser qu’une chose à la fois alors que nos systèmes sensoriels traitent des milliers d’entrées à la fois ?

Crédit vidéo : Actualités en neurosciences

La recherche a été menée dans le laboratoire de Markus Meister (PhD ’87), professeur de sciences biologiques Anne P. et Benjamin F. Biaggini, et dirigée par l’étudiant diplômé Jieyu Zheng. Un article décrivant l’étude apparaît dans la revue Neurone le 17 décembre.

Un bit est une unité d’information de base en informatique. Une connexion Wi-Fi typique, par exemple, peut traiter 50 millions de bits par seconde.

Dans la nouvelle étude, Zheng a appliqué des techniques du domaine de la théorie de l’information à une grande quantité de littérature scientifique sur les comportements humains tels que la lecture et l’écriture, les jeux vidéo et la résolution des Rubik’s Cubes, pour calculer que les humains pensent à une vitesse de 10 bits. par seconde.

« Il s’agit d’un chiffre extrêmement faible », déclare Meister.

« À chaque instant, nous extrayons seulement 10 bits du billion que nos sens absorbent et utilisons ces 10 pour percevoir le monde qui nous entoure et prendre des décisions. Cela soulève un paradoxe : que fait le cerveau pour filtrer toutes ces informations ?

Il y a plus de 85 milliards de neurones dans le cerveau, dont un tiers est dédié à la pensée de haut niveau et est situé dans le cortex. Les neurones individuels sont de puissants processeurs d’informations et peuvent facilement transmettre plus de 10 bits d’informations par seconde.

Mais pourquoi pas ? Et pourquoi en avons-nous autant si nous réfléchissons si lentement ?

Meister suggère que, compte tenu de la découverte de cette « limite de vitesse » dans le cerveau, la recherche en neurosciences devrait prendre en compte ces paradoxes dans les études futures.

Une autre énigme soulevée par la nouvelle étude est la suivante : pourquoi le cerveau traite-t-il une pensée à la fois plutôt que plusieurs en parallèle, comme le font nos systèmes sensoriels ?

Par exemple, un joueur d’échecs envisageant un ensemble de mouvements futurs ne peut explorer qu’une seule séquence possible à la fois plutôt que plusieurs à la fois. L’étude suggère que cela est peut-être dû à la façon dont notre cerveau a évolué.

Les recherches suggèrent que les premières créatures dotées d’un système nerveux utilisaient leur cerveau principalement pour la navigation, pour se diriger vers la nourriture et s’éloigner des prédateurs. Si notre cerveau évoluait à partir de ces systèmes simples pour suivre des chemins, il serait logique que nous ne puissions suivre qu’un seul « chemin » de pensée à la fois.

« La pensée humaine peut être considérée comme une forme de navigation à travers un espace de concepts abstraits », écrivent Zheng et Meister.

L’équipe souligne la nécessité de recherches futures sur la façon dont cette contrainte – une pensée à la fois – est codée dans l’architecture du cerveau.

« Nos ancêtres ont choisi une niche écologique où le monde est suffisamment lent pour permettre la survie », écrivent Zheng et Meister.

« En fait, les 10 bits par seconde ne sont nécessaires que dans les pires situations, et la plupart du temps, notre environnement évolue à un rythme beaucoup plus lent. »

La nouvelle quantification du rythme de la pensée humaine pourrait anéantir certains scénarios futuristes de science-fiction. Au cours de la dernière décennie, les magnats de la technologie ont suggéré de créer une interface directe entre le cerveau humain et les ordinateurs afin que les humains puissent communiquer plus rapidement que le rythme normal d’une conversation ou d’une saisie au clavier.

La nouvelle étude suggère cependant que notre cerveau communiquerait via une interface neuronale à la même vitesse de 10 bits par seconde.

Financement: Le financement a été fourni par la Collaboration Simons sur le cerveau mondial et les National Institutes of Health. Markus Meister est membre du corps professoral affilié à l’Institut de neurosciences Tianqiao et Chrissy Chen de Caltech.

A propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

Auteur: Lori Dajosé
Source: CalTech
Contact: Lori Dajose – CalTech
Image: L’image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès fermé.
« L’insoutenable lenteur de l’être : Pourquoi vivons-nous à 10 bits/s ?» de Markus Meister et al. Neurone

Abstrait

L’insoutenable lenteur de l’être : Pourquoi vivons-nous à 10 bits/s ?

Cet article porte sur l’énigme neuronale derrière la lenteur du comportement humain. Le débit d’informations d’un être humain est d’environ 10 bits/s. En comparaison, nos systèmes sensoriels collectent des données à ∼10 à la puissance 9 bits/s.

Le contraste frappant entre ces chiffres reste inexpliqué et touche à des aspects fondamentaux du fonctionnement cérébral : quel substrat neuronal impose cette limite de vitesse au rythme de notre existence ? Pourquoi le cerveau a-t-il besoin de milliards de neurones pour traiter 10 bits/s ? Pourquoi ne pouvons-nous penser qu’à une chose à la fois ?

Le cerveau semble fonctionner selon deux modes distincts : le cerveau « externe » gère les signaux sensoriels et moteurs rapides de haute dimension, tandis que le cerveau « interne » traite les quelques bits réduits nécessaires au contrôle du comportement.

Des explications plausibles existent pour le grand nombre de neurones dans le cerveau externe, mais pas pour le cerveau interne, et nous proposons de nouvelles orientations de recherche pour y remédier.