哈佛大学：人类想象力存在极限大脑一次只能追踪一个思想空间物体

景点排名 2025年08月16日 18:45 0 aa

哈佛大学最新研究揭示了人类认知能力的一个意外边界——尽管人们可以同时用双手抛接十个球，但当这些球消失在视线之外时，人类的想象力却只能追踪其中一个球的运动轨迹。这一发表在《自然通讯》期刊上的发现，连研究者本人都感到震惊，为理解大脑如何处理物理世界的心理模拟提供了全新视角。

哈佛大学心理学系副教授托默·乌尔曼领导的研究团队原本预期人类想象力能够同时追踪三到四个隐形物体，但实验结果显示这一能力的上限仅为一个。"我们着手测试想象力的容量极限，结果发现答案是一，"乌尔曼坦言，"我对此感到惊讶，所以能理解其他人也会有同样反应。"

心理模拟的认知机制

乌尔曼长期研究所谓的"直觉物理学"——大脑如何在脑海中模拟球滚下山坡，或预警两个物体即将发生碰撞。作为哈佛计算、认知与发展实验室主任以及肯普纳自然与人工智能研究所成员，他致力于探索大脑如何与周围物理世界互动。

"我倾向于认为大脑可能在运行心理模拟，有点像视频游戏，"乌尔曼解释道。然而，这些模拟不可能是对物理环境的完美再现，精确到原子和分子层面。因此，他的实验室致力于理解什么样的技巧和变通方法使心理模拟成为可能。

理论概述。来源：《自然通讯》（2025）。DOI:10.1038/41467-025-61021-8

此前大量研究已经探索了人类感知的容量极限，即大脑在视觉场景中能够追踪多少个物体。神经科学家、心理学家和计算模型专家发现，视觉追踪仅限于少数几个运动物体。"也许你是看管多个孩子的家长，或者你是值班的救生员，显然你无法追踪所有事物，"乌尔曼指出。但很少有研究探索想象力的容量极限。

实验设计与意外发现

在这项新研究中，在线参与者观看一个弹跳球的动画，就像在壁球场中一样，然后球消失了。其他参与者则看到两个球以完全不同的节奏弹跳，然后都消失了。与乌尔曼共同设计实验的是以色列开放大学认知心理学助理教授哈莱利·巴拉班。

研究团队还设计了两个计算模型来解释想象力如何跟随这些隐形球到达撞击点。第一个模型假设多个物体将并行移动，而第二个模型设想以更串行的方式独立移动每个球。

实验结果显示，参与者相当擅长预测单个隐形球何时会撞击地面，但在追踪两个球时却表现糟糕。"这比我们任何人预期的都要困难，"乌尔曼注意到这个练习如何可靠地引发笑声。

基于过往研究发现，研究者最初认为想象力大概能够追踪三到四个物体。同时也有直观理由认为心灵之眼能够并行移动多个物体。"如果我现在闭上眼睛，我能看到一座积木塔倒塌，"乌尔曼指出，"这感觉没有限制。人们觉得他们应该能够移动不止一个物体。"

串行处理模式的验证

后续实验发现，当两个球在消失前同步移动时，人们在追踪方面略有改善。但表现仍然远不如另一个后续实验，在该实验中参与者追踪两个保持可见直到撞击的球。

研究发现，当涉及追踪已经消失的物体时，人类想象力主要依赖串行模型，逐一移动每个物体。一个单独的后续测试检验了人们是否可能通过使用串行模型来节约精神能量。毕竟，通过并行模型运行模拟需要更多努力，就像计算机同时运行多个模拟一样。

"我们向参与者提供了一大笔钱，如果他们能做对的话，"乌尔曼解释道，"但这似乎并不重要。"这表明限制并非来自动机缺乏，而是认知能力的固有约束。

认知科学的新前沿

对乌尔曼而言，这些发现开辟了一个令人兴奋的前沿领域。"几十年来一直有关于心智如何使用巧妙技巧来追踪眼前事物的工作，"他说，"但关于心灵之眼的技巧和局限性的研究却很少。我可以想象这里有更多工作要做。"

这项研究的意义超越了纯粹的学术兴趣。理解想象力的局限性可能对教育、训练和人机交互设计产生重要影响。例如，在设计虚拟现实环境或增强现实应用时，了解人类如何处理多个同时移动的隐形物体将帮助开发者创建更符合认知能力的界面。

此外，这一发现也为人工智能系统的设计提供了启示。如果人类大脑在处理多个隐形物体时采用串行而非并行策略，那么模仿人类认知的AI系统可能需要相应调整其处理架构。

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