崔旭
email: cuixu@utk.edu
2002.06公布于 http://potentialscience.org
我们获得的大部分信息来自“看”。不过到底我们通过"看"获得了多少信息，而我们大脑的一生又处理过多少信息呢？我们简单估算一下。
如果说人眼是照相机的话，视网膜（retina）就是照相机的底片。人看到的东西实际上是这些东西发射或反射的光线通过眼睛落在视网膜上成的像。视网膜深层有一类细胞叫节细胞（ganglion
cell）。节细胞好像管道一样，把视觉信息从视网膜传输给大脑。人的视网膜有大约10^6节细胞，而平均每个节细胞以100位/秒(bits/s)的速率传输信息[1,2]。假设人眼每天睁开16小时，那么我们每天通过眼睛获得的信息量为：
10^6 * 100 * 3600 * 16 = 5.8*10^12 位(bit) = 670 吉字节(G-bytes)
这相当于一个长度为91小时，分辨率为1024*768的mov文件。
由此可以算出一个寿命为70岁的人一生共“看”到的信息量：
670 * 70 * 365 = 1.7 * 10^7吉字节 （一千七百万吉字节）
如果用每本百万字的书去记载这些信息的话，总需这样的书
1.7*10^7*(1024)^3/(2*10^6) = 90亿本
看来我们的大脑真够忙的。不过与这些天文数字相对，这些信息所需的能量却很小。
理论上传输1位的信息需要kT*ln2 焦耳的能量。这里k是波尔兹曼常数，T是绝对温度。假设人的体温37度，则T=310凯尔文。那么人每天获得的670G字节的信息量需要的能量为：
5.8*10^12 * 1.381*10^(-23)*310*ln2 = 1.7*10^(-8) 焦耳
不过研究表明[3],神经细胞处理1位信息至少需要10^8 * kT焦耳能量。(恰好当今世界上最好的电子元件处理1位信息也需要10^8
* kT焦耳能量[4])按此计算,人每天要消耗能量为:
5.8*10^12 * 1.381*10^(-23)*310*10^8 = 2.5 焦耳
这相当于人从一粒小麦摄取的能量[5]。与人每天要摄取的10^7焦耳能量相比，这真是微不足道。
不过，大脑可不是省油的灯，这个占全身体重2%的器官却要消耗20%的能量[6]。大脑把一半这样的能量花在信息处理上[7]。因此大脑每天用于处理信息的能量是
10^7 * 20 * 0.5 = 10^6 焦耳
而这些能量可以用来处理信息的量为:
10^6 / (10^8 * kT) = 2.3 * 10^18 位 = 2.7亿 吉字节
刚才算到，人每天通过“看”获得670吉字节的信息，相当于2.7亿吉字节的百万分之二。即使把从其它感官（听觉触觉等）获得的信息算上，我们每天从外界获得的信息相对我们的大脑处理的信息还是微乎其微的。看来，我们的大脑把大部分精力都用在了对这些信息的后期处理上了。
文献
[1]Warland et al, "Decoding visual information from a
population of retinal ganglion cells", J Neurophysiol. 78: 2336-2350
(1997).
[2]与Prof Laughlin的个人通信
[3]Laughlin et al, "The metabolic cost of neural information", Nature
Neuroscience. 1: 36 - 41
[4]赵凯华等《新概念物理——热学》
http://go1.163.com/wulidaxia/jzxsh/xinxishangyuyichuanmima.htm
[5]http://www.shoushen.com/catable.htm
[6]http://www.tianxingnet.com/life/life_14.htm
[7]与Prof Sejnowski的个人通信