「同時處理多個任務」對大腦來說難在哪裡？

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謝 Jack Wang 邀

「同時處理多個任務」這個概念，在問題中並沒有定義好。嚴格的來說，我們的大腦本質上是一個並行任務系統，無時無刻不在同時處理多個任務。我們在呼吸、心跳的同時，還在聽和看，並且同時有觸覺和對溫度的感知，此外，我們還在進行著思考和預測，進行情緒方面的處理。因此，我們在處理手頭任務時，對這一任務的感知信息，幾乎從來不是單一類源的，至少，我們很難在做一件事情時不摻和情緒。所以，我推測認為，這裡所說的「不能同時處理多個任務」，指的是人腦注意力調控方面的特徵，也就是處理複雜認知任務的特徵。

人腦的注意力調控，並不像計算機進程調度那樣簡單。對於不同難度/複雜度/類型的任務，人腦內有不同區域和機制對應的進行處理。無論是哪種機制，在涉及注意力的處理目標/預期任務時，對其他同種類型任務的處理/反應能力就會降低[1]。處理能力降低來源於兩個方面，一個稱為任務切換耗散(switching costs)，另一個被稱為任務混淆耗散(mixing costs)[2, 3]。前者是指在同時處理的兩個任務間相互切換時，人腦認知壓迫前一任務並強化後一任務所需要的時間和導致的認知能力降低；根據所處理任務的複雜度不同，這一切換的時間可以有很大差異，簡單任務消耗時間在200毫秒左右。後者是指，在認知切換到後一任務之後，頭腦中仍然會時不時的出現前一任務的內容，這不可避免的會降低認知能力；比如，在TB剁手之後切換到編程任務時候，頭腦中仍然會出現剁手任務場景，而編程任務本身需要消耗特別多的腦力，因此使人面臨畏途，容易退縮到剁手任務來。

典型的，在處理複雜單一任務的開始階段，人腦要為該任務「分配資源並構建資源」，這包括分配運動、視覺方面的感知，認知的任務特異化(cognitive categorizations)，運動輸出的調製，以及這些方面功能的綜合關係構建[4]。這類似於對計算機編程。配置好之後的人腦為任務做好了準備，並在一定時間內，處理任務的過程中能不斷的優化配置，使得對該任務的處理效率不斷提高。在任務的整個生命周期，人腦內維持一套典型的信號特徵，被稱為執行控制信號(Executive control signals)[5]:

在上圖中可以直觀的看到一個任務周期所經歷的三個過程：起始、維持和結束。不考慮維持階段的時間，起始和結束信號對於日常認知任務情況就需要接近一分鐘的時間，這決定了日常認知任務之間的任務切換耗散會比較大。特別的，我們考察一系列日常認知任務的起始階段信號：

可以看到[6, 7]：

起始信號時間持續長度基本相同
不同的認知任務調用了基本類似的腦區/認知網路

這第二點決定了，人腦在不同日常認知任務自己切換時，除了面臨任務切換耗散和任務混淆耗散問題，還面臨 認知通道 問題。我們的視覺、聽覺、運動等基本功能區域在被一個任務初始化之後，信號處在維持階段，也就是相應的通道被佔用了，我們腦子裡並沒有多出來的通道和網路處理另外的問題，如果再引入一個類似任務，則面臨通道的衝突。這將導致兩個可能的結果：任務切換或者任務衝突，後者會導致認知表現的嚴重降低，對於高度複雜任務，則是不能進行。我們可以兩隻手同時畫圓圈，但是不能做到一隻手畫圓同時另一隻手畫框，因為後者是雙任務佔用同一網路。在開車時候，需要使用語言功能區域讀路標和計划下一步的動作，如果同時打電話/發簡訊，就引起了語言通道的衝突，導致二者表現顯著下降。而我們可以同時聽歌/唱歌和跑步，因為這兩者並不共用功能通道。

總結：

1.對於兩個或多個認知任務，如果存在共用功能通道，則在人腦中引起通道衝突，導致認知能力下降。反之則可以並行處理。

2.由於人腦的執行控制信號機制，在一定時間內持續的處理某一任務時，認知能力會持續升高[8]，直到大腦疲勞。因此更高效的工作方式不是同時處理多個任務，而是一次僅處理一個任務不分心；不是耗時間加班，而是適時而又有規律的休息。

3. 通過鍛煉確實可以提高同時處理兩個特定任務的能力，因為人腦習得了新的工作模式，但是這種能力並不因此具有泛化性，也就是在處理其他兩個任務並行時並不起效。這樣的鍛煉因此不具有任何實際意義。

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[1] Duncan, John. "The locus of interference in the perception of simultaneous stimuli." Psychological review 87.3 (1980): 272.

[2] Philipp, Andrea M., et al. "Mixing costs and switch costs when switching stimulus dimensions in serial predictions." Psychological Research 72.4 (2008): 405-414.

[3] Goffaux, Philippe, et al. "Behavioural and electrophysiological measures of task switching during single and mixed-task conditions." Biological psychology72.3 (2006): 278-290.

[4] Meiran, Nachshon. "Reconfiguration of processing mode prior to task performance." Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition 22.6 (1996): 1423.

[5] Dosenbach, Nico UF, et al. "A core system for the implementation of task sets." Neuron 50.5 (2006): 799-812.

[6] Posner, Michael I., and Steven E. Petersen. The attention system of the human brain. No. TR-89-1. WASHINGTON UNIV ST LOUIS MO DEPT OF NEUROLOGY, 1989.

[7] Petersen, Steven E., and Michael I. Posner. "The attention system of the human brain: 20 years after." Annual review of neuroscience 35 (2012): 73.

[8] Cohen, Jonathan D., et al. "Closed-loop training of attention with real-time brain imaging." Nature neuroscience 18.3 (2015): 470-475.

勸你們這些不懂神經學和心理學的人不要強答。

大腦不是不能處理多任務，而是要看多任務每個任務的難度，以及大腦的熟練程度，消耗的注意力的情況。

基於現有的研究，大腦在處理任務的時候是基於兩個獨立的系統的：

一個是有意識的、理性的、需要分析的、能處理邏輯的、帶有記憶的、擁有歷史的、有時間線感知的，串列處理的，同時只能處理一件事情。
另一個部分是無意識的、直覺的、感性的、瞬時反應的、只負責處理當下的事件、不進行記錄的，並行處理的，同時可以處理多件事情。

這兩個系統處理複雜任務的時候（或者是被認為是多任務的時候）是相互協作、相互影響、相互爭奪注意力資源的。直覺系統會使用並髮式的實時處理來支持理性系統做出單一的抉擇。

舉一個很簡單的例子，你可以邊走路的同時眼睛看著路人進行避讓，同時左手可以拿著熱狗往嘴裡送，嘴巴可以咀嚼，右手打著電話跟客戶談生意。此時理性系統是負責處理客戶談話內容的邏輯以及你要響應話。直覺系統負責通過眼睛接受的畫面，送給小腦的運動神經來組織肢體運動避讓行人，同時負責運動你的胳膊和嘴巴處理熱狗。

直覺系統對於注意力資源的消耗是極其低的，所以在理性系統負責處理關鍵性任務的時候，可以同時處理很多其他的不需要進行邏輯判斷的，重複和習慣的任務。理性系統負責處理的任務，經過練習以及肌肉記憶，會逐漸轉換成直覺系統來處理。如果你是第一次走路、第一次吃東西、第一次開車，你肯定不能同時做很多事情，因為你的注意力都被理性系統霸佔，來處理從未做過的任務。

直覺系統有時候也會立刻搶佔注意力來打斷現有的理性任務，比如說走著走著對面突然衝過來一輛車，你這時候肯定會立刻停下腳步、停下嘴裡吃的東西、手中的通話並有理性系統來處理躲閃方向這個威脅生命的重大任務。

至於多任務的難點就在於，你的大腦對於不同任務的熟練程度，如果你經常要躲避對面過來的車，那你肯定可以邊吃東西邊閃躲。比如棒球運動員因為經常接棒球，甚至可以在注意力完全不在棒球上時立刻接住，這就是理性系統需要處理的任務轉換成直覺系統。

球員反應迅速靠直覺接住棒球 120115 超級新聞場—在線播放—優酷網，視頻高清在線觀看視頻

腦：我維持體溫覺醒，控制血壓心率，調控呼吸消化，處理整合視覺聽覺嗅覺味覺觸覺信息，生成短時記憶長時記憶，你居然因為不能邊看電影邊做作業怪我不能同時處理多個任務！？

對某回答里「單線程」的說法表示懷疑。

按照這種理論（其實就是過濾器理論），當我集中注意力看黑板上板書時，我是無法用「餘光」注意到坐在我前面的同學的，實際上並不是。特瑞斯曼等人做的追隨耳實驗也證明了這個理論的不足。

至於該回答里舉的例子，可以用「資源有限論」來解釋。就是說，我們注意的心理資源是有限的，無論是從接收的角度（混合選擇模型），還是認知分配的角度（資源限制理論）。當認知任務比較容易時，我們可以同時接收多個信息；當認知任務困難時，我們就只能把有限的認知資源用在其中的一個任務上，接收一個信息。

（至於說「比較快地」轉換，這是一個很含糊的說法，物理上的「時刻」還是「極短」的一段時間呢，這種界定沒有操作意義。）

以上。

顧准實在太聰明了。當會計，他能一邊雙手「打飛歸」（兩隻手在兩隻算盤上同時計算），一邊和人閑聊天；當局長，他能在主席台上一邊主持會議，一邊寫年度總結報告，同時對別人的發言做摘記，親眼目睹的幹部都驚呼「顧局長有三個大腦」。唯其思路敏捷聰穎，才能在建國初期的大上海身兼數職，也才能在無論是當學徒、當教員、當領導、當學者時，都先人一步高人一籌。

——摘自易中天先生的《走近顧准》

我覺得主要問題在於「大腦是無界的」，同時處理多個任務時會互相干擾，不像計算機一樣是封裝好的程序。

如果相互干擾的話，可能表面是多任務，但實質是每個任務執行質量和效率都在下降。

文字工作者應該有體會：寫小說的時，尤其是幾個稿子一起寫，劇情很麻煩時，若是同時設計兩個場景大腦分分鐘串台。

關公戰秦瓊，呂布斗泰森都有可能，最後什麼都寫不了。

另外一個我覺得是因為因為硬體限制，我們做不到同時輸出，或者代價很大。

兩個女朋友同時來電話，你就一張嘴，雖然準備了兩套話，但是只有一張嘴，只能按照時間輪轉法依次調動使用，而不能同時。

而且進化出這個功能對人類的生存質量提高並不是很明顯，就算是有，估計也會因為太過耗費能量而被逐漸淘汰掉…………

當然了，鄙人並非專攻此領域，只是作為一個輕度大腦用戶，提出一些我自己的思考角度，拋磚引玉，希望自己能夠為此題做一些微小的工作，謝謝大家。

因為上帝是吝嗇的，他沒有給人類太多剩餘資源，你的資源剛剛夠用而已。處理複雜的任務，需要你所有的硬體資源都被調動起來。試想一下，有一隻獅子在追趕你，或者你在追趕它，什麼情況下你成功的可能性最大？那就是100%的利用你的資源。也許你的智商是別人的兩倍，CPU速度是別人的10倍，難一點的事情，你還是要使用所有的資源。注意力的本質就是調動一切可以調動的資源。這在生物進化與自然選擇中，具有明顯的優勢。

有的人有兩個核，同時思考，甚至產生矛盾，他們就是裂腦人。

並不難

難在不知道是先救女朋友還是先救媽。

因為人的大腦本質就是單線程的，所謂的「多線程」只不過是相對比較快地進行切換而已。

就像iOS9下的iPad的這個右劃多任務功能一樣。你是不能同時處理的。

有很多人說，自己可以同時處理多個任務，這隻能說明你在處理的這多個任務，它們的信息密度都不足夠高，以及在這個過程中待處理信息的出現頻率有一定規律，讓你可以很容易地在信息冒出的間隙去處理另一件事。

一個最簡單的例子就是，你可以嘗試著一邊聽一段5分鐘的高考難度的英語聽力（對於大學生來說基本沒有理解障礙），一邊看30條微博。做完之後試著去回憶一下這兩段內容。

然後你再試著單獨去看30條微博和聽5分鐘的英語聽力。對比一下你的理解效率。

現代生活中，信息密度低的內容太多了，甚至很多內容創造者在有意地降低自己內容的信息密度，來使那些「一心多用」的受眾也能理解。

在電影院里玩手機、聊天、吃東西的觀眾，他們看不懂《Inception》這樣的電影太正常了，他們覺得《山河故人》這樣的電影爛也太正常了。

正是因為肥皂劇的主要受眾，主婦們在看肥皂劇的過程中還要做家務，所以肥皂劇才會把劇情拖得又臭又長，等到關鍵性的劇情出來的時候用誇張的表情和台詞來把主婦們吸引回電視機前。

而當你真正信息密度大的內容，看知乎上的乾貨長文的時候，聽信息密度很高的Podcast，非母語的劇/電影的時候，你是根本無暇對別的事情做出回應的。

應該很多英語學習者都有這樣的經歷，一部劇當你二刷三刷的時候，總能發現一些原來沒注意到的point，當你真正愛一部劇愛到刷7、8遍，你會發現一些字幕組成員都沒注意的point。

這就是因為語言的概念轉換和視覺上的表情動作識別，對我們來說都是兩個任務，是不能同時進行的。

栗子：

《Modern Family》是我大學四年的吃飯劇和睡前劇，就我在寢室吃飯和睡午覺之前比開兩集看看，刷了應該至少有7 8遍了吧。然後我發現了這個點。

這裡的這個sondheim-ized，既是語境里的「桑坦化」這個意思，又跟sodomized是諧音。

只有當我對劇的劇情已經熟悉到不能再熟悉，根本已經不需要佔用我多少大腦資源了，我才有足夠的資源來把這個讀音和在我腦海很深處的sodomize的讀音聯繫起來。

看到懂高大上的回答。個人理解吧：處理多個任務，如果是線性順序的話，你只需要和CPU來回切換線程就行了。但是同時處理多個任務相當於大腦同時完成了任務+n（n&>=1）的任務。你得惦記著還有事沒幹，還得想著哪個進展到那個部分······大腦不光是來回切換線程，還要給弄個控制來回切換的控制程序······數據的處理量大，控制處理數據的數據量也大。

嚴謹的說大腦本來就可以同時處理多個事物，身體協調方面以及反應處理都是由大腦處理，不過這些大概相當於協處理器的功能。題主說的應該是線程方面的意思，坦白講，我也不太清楚。只能依據cpu來推測，腦袋發熱會嚴重些，任務切換時反應會變慢

美國軍方對人腦並行處理多任務做了研究，很多年前事，論文已經找不到了。

記得有個結論：同時處理6個或以上並行任務時候，需要很多年的訓練，而且可以做到的人極少。

需要並行處理最頻繁的兵種是無人機操作員戰鬥機飛行員，宇航員等。

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最起碼是在十年前，人腦並行處理多任務就是美國海軍研究局(ONR)的研究項目，現在x47b無人機的出現讓我明白美海軍研究這個是幹什麼的？

現在x47b無人機可以做到自主離艦和著艦，和有人機伴飛以及空中加油。作為美國海軍首款艦載無人機，X-47B具備自主空中加油能力將使它成為今後美國空海一體的核心裝備。天朝新聞剛剛放出軍機空中加油，說難度很高，而無人機自主空中加油則是難上加難，這個就是需要模擬人腦的並行處理能力。要求對準介面的準確程度、介面的時間、兩架飛機飛行的狀態想想就知道很難。

那以後會不會出現無人的加油機？肯定會出現。無人加油機+無人戰鬥機+航母意味著什麼? 小白都明白，這個作戰體系意味著4000-10000公里的作戰半徑。

下一步就是無人機的雙機編隊，多機編隊實驗，然後是和有人機的編隊和多機編隊。

最終目的一定是無人機自主攻擊+和有人機作戰+轟炸和偵察，這些東西都是需要高度的多任務並行處理能力和人工智慧。

看到以上的留言，我的感覺是然道又是因為語言差異？因為我的認知里大腦跟小腦都是屬於頭腦的一部分。以上大家的回答感覺就是把大腦等同於頭腦來看待。

果然文化差異害死人。而據我的了解，人類的日常，基本上都是用小腦來完成。

當我在打這篇東西的時候，我的內容用的是大腦，我手指的動作，用的是小腦。我眼睛看著屏幕也只用到小腦。當我在打這篇東西的同時，我就不能想著另外一個問題。你們有誰可以同時想著，理解著，思考著兩個問題嗎？

沒有繼承Thread

中斷函數不需要提前聲明導致經常找不到自己在幹什麼。

對普通人，同時思考2件事來說，很大的難點在於人類思考往往在大腦里有個聲音自己讀出來吧？那個聲音是單線程的！

難在複雜任務間的切換啊。

不要太累。

很有意思，高中的時候我思考這個問題了。

感覺好多東西只不過時間問題，想能不能同時做幾件事情提高效率。

然後試著嘗試，結果發現做事效率特別低，到底還是分心了。

單純，關注。

IO太低