大脑与熵

为什么热量总是从较热的物体传递到较冷的物体？为什么凋落的树叶不会重回枝头🕵🏼‍♂️，枯萎的花朵不会重新绽放？

自然界中宏观事物的发展过程都有一个优先的方向，遵循的规律便是热力学第二定律，也称“熵增加原理”，它指的是在一个孤立系统里，如果没有外力做功，其无序的程度（即熵）会不断增大。

人的生命也如此🛑，从物理层面的运动到精神层面的思考，都会消耗能量并产生熵，打破原有的平衡。我们的大脑也是如此🙍🏼，当我们思考时，大脑会消耗能量👰🏿‍♂️，产生熵。

热力学第二定律🌟，有几种常用的表述方式。德国物理学家克劳修斯将其表述为：热量不能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体。英国物理学家威廉·汤姆逊（开尔文勋爵）和德国物理学家马克斯·普朗克将其表述为💂🏻‍♂️：不可能从单一热源吸取热量🧚🏼‍♀️，使之完全变成功🧑‍🧑‍🧒‍🧒，而不产生其他影响。熵增加原理表述为🤡：孤立系统的熵永不自动减少，熵在可逆过程中不变，在不可逆过程中增加🔨。

思考越高级熵越多

人类的大脑每天需要接收、记忆各种信息，学习、理解各种知识，分类🤱🏻、处理各样事务。这意味着大脑的熵在不断增加，若不及时优化、排序，大脑就会越来越无序。

研究人员利用功能性核磁共振成像（fMRI）技术，观测到大脑不同认知功能的区域消耗的氧气量，从而计算出大脑不同时间🦺🦐、不同位置的能量消耗情况🥼，并通过模型，计算出其产生的熵🙍🏼‍♂️。

研究发现，当大脑处于休息状态时🫲🏿，各个脑区处于不同状态且不断转换，但各个状态之间的转换是随机🤺、可逆的👨🏽‍🚀。我们认为这是一种“细致平衡（detailed balance）”状态。

而当大脑处于思考状态时，各个脑区在不同状态间的转换存在方向性，这被称为“细致平衡破缺（broken detailed balance）”。也就是说，在思考的过程中，神经活动的“细致平衡”被打破了，这时表示混乱程度的熵也增加了。

研究人员发现🦅，在情绪处理🖲、工作、社交、语言、理性思考🫰🏻、风险决策🚪、运动执行等7种不同类型的大脑认知活动中，运动执行和风险决策等活动中的熵产生最明显🙋🏽‍♂️，而语言、情绪处理等活动中的熵产生较少。也就是说，进行越高级、越复杂的认知活动♣︎，大脑产生的熵越多。

挖掘大脑的潜能

结合这一科学研究与自己用脑学习时的情况想一想、观察一下，前文中说的与自己的情况是不是一样👱🏼？利用这项研究可以让我们在未来学得更好或变得更聪明吗？我们又要如何对抗大脑熵的增加呢？

研究表明，当学习的速度慢下来时，神经元中熵的增加会减缓💃🏿，从而使我们的学习效率不降反升。

对于每个人来说，大脑是我们身体的总指挥部，对抗大脑熵增加的方法就是科学用脑🍆，不断挖掘大脑的潜能😏🧎‍♂️。例如👰🏼，在学习方面🐊⏺，可以不断地重复、慢慢雕琢😫、反复练习👨‍🏫，要知道“欲速则不达”“慢工出细活”反而学习效率更高🤦🏿‍♂️。或者去看一场电影、读一本书⛱、与朋友进行一次畅谈，从中探索到新鲜的信息🐁、知识或智慧，为大脑“减熵”。

人类对自身大脑的认知与探索神秘而迷人的宇宙一样，充满未知却又其乐无穷。想要真正解锁人类大脑蕴藏的玄机还有很长的路要走，但相信总有一天，人们能解开大脑的终极奥秘！

（作者单位😥：同济大学生命科学与技术沐鸣2）转自学习强国