為什么人類沒有“第八感”？

一個多世紀以來，神經科學家們一直在尋找記憶的物理痕跡——那種被稱為“記憶痕跡（engram）”的神秘神經模式，人們認為它是大腦中編碼經驗的基礎。如今，研究者們可能發現了更令人著迷的事：一種數學上的原因，或許能解釋為什么人類的感知與記憶似乎被“調諧”在某個特定的極限上。

在一項發表于《科學報告》（Scientific Report）的新研究中，來自倫敦國王學院、拉夫堡大學與斯科爾科沃科技學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。

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

研究者寫道：“模型一個有趣的結果是，它暗示在神經系統或類神經系統演化中，存在一個‘最佳感官數’。當感官數量等于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量也達到最大。”

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

為探討這一問題，研究者建立了他們所謂的“記憶痕跡動力學模型”。這些是數學表示，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，會根據受到刺激（如視覺、聽覺、觸覺等）的頻率而擴張、收縮或融合。

研究者寫道：“如果每種特征對應一種感官，那么這個臨界維度就意味著一個系統若想保持最多不同概念，其最佳感官數量正是這一維度。”

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，大腦區分不同概念的能力就會下降。

這項研究基于德國生物學家理查德·塞蒙（Richard Semon）在1904年提出的“記憶痕跡”概念。一個多世紀以來，神經科學家們通過腦成像與光遺傳學實驗，試圖在大腦中找到這些神經性的“記憶蹤跡”，并識別出在回憶時重新激活的特定神經元群。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。

這項新研究通過數學彌補了這一空白。研究者利用蒙特卡洛模擬與解析解，建模了在持續刺激下記憶痕跡的動態行為。

在模擬中，當多種感官印象聚集時，記憶就會形成，并在重復刺激下變得更強；若缺乏刺激，它們會逐漸擴散、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，當研究團隊在不同維度的概念空間中模擬記憶痕跡時，他們發現了令人驚訝的結果。

隨著維度增加，獨特記憶的數量也隨之上升——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，我們意外地發現，在穩態中，記憶中儲存的不同記憶痕跡數量在七維時達到最大。因此，我們稱之為‘七感假說’。”

這一“臨界維度”不僅揭示了記憶機制，也可能解釋了生物感官系統為何以現在的方式演化。

傳統上，人類被認為有五種感官——視覺、聽覺、嗅覺、味覺與觸覺——但神經科學如今還認可幾種額外感官，如本體感受（proprioception，即身體位置感）與平衡感（equilibrioception）。

認知在七個輸入左右達到峰值的觀點并非新鮮。心理學家喬治·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知極限提供了潛在的物理與數學依據。

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

研究者寫道：“感受性越高，所學概念越不清晰。”他們將這種張力類比為機器學習中的“偏差-方差權衡（bias-variance trade-off）”，系統必須在泛化能力與過擬合之間取得平衡。

從生物學角度看，這一發現暗示，演化可能已將人類的感官能力“調諧”在一個最佳點——在這里，感知、學習與記憶的效率都達到最大。增加更多感官或感官維度并不一定能提升認知，反而可能讓大腦的概念空間過載，導致記憶間的干擾。

這一“記憶痕跡動力學框架”也可能啟發人工智能與類神經計算領域——在這些領域中，模仿生物大腦的記憶系統同樣必須在學習的靈活性與信息的穩定性之間取得平衡。擁有過多輸入通道的AI系統，可能會像超過最佳感官維度的大腦一樣，出現“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模型還可能為現有與未來的實證數據提供新的解釋。例如，可以通過實驗來檢驗記憶痕跡的融合與分裂機制。”

他們建議，通過向受試者呈現一系列感官刺激并測量其記憶痕跡的區分度，科學家可以在現實中估計模型變量，如學習速率與遺忘速率。

最終，這項研究提供了一個誘人的視角：人類感知的結構——我們看、聽、觸、平衡的方式——或許不僅僅是生物演化的產物，更是反映了支配記憶系統的深層數學規律。

布里連托夫博士補充道：“我們的結論當然在應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

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

作者：Tim McMillan

譯者：EY

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