人类依靠五种感官（视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉）感知世界——但这是最优配置吗？ 俄罗斯斯科尔科沃科技学院Nikolay Brilliantov团队在 Scientific Reports 发表的一项数学建模研究，从记忆印记（engram） 的动力学出发，证明：当概念空间（conceptual space）的维度（即描述每个概念所用的特征数）为七时，系统能存储的不同概念数量达到最大；维度低于或高于七，容量均下降。研究者推测，这一“七维最优”可能与感官数量存在关联——若真如此，人类仅有的五种感官可能限制了记忆容量，而拥有更多感官（如磁场感知、辐射感知）的物种或人工智能系统，将具备更强的概念区分能力。该发现为机器人感知系统设计、类脑计算以及理解人类记忆的底层架构提供了全新理论框架。

记忆印记：从神经集群到概念空间

记忆的生物学基础是记忆印记（engram）——一组在特定经历中共同激活的稀疏神经元网络，分布于多个脑区。在概念层面，每个印记对应一个由多个特征定义的理想化客体。例如，“香蕉”的记忆包含：

• 视觉（黄色、弯曲形状）；

• 嗅觉（果香）；

• 触觉（光滑表皮）；

• 味觉（甜）；

• 听觉（剥皮声）——这些特征共同构成了五维概念空间中的一个点。

当外部刺激通过感官激活印记时，印记会因“使用”而强化（学习），或因“废弃”而模糊（遗忘）。这一过程可用数学模型描述。

数学模型：稳态与容量最大化

研究者建立了一个动力学模型，描述概念空间中印记的演化。核心变量包括：

• 维度D：描述每个概念所用的特征数（即感官种类数）；

• 印记数量：概念空间中可区分的不同印记总数；

• 相互作用：印记之间因特征相似而相互干扰（概念混淆）。

模型预测，经过足够长时间的“学习-遗忘”过程，概念空间会趋于稳态分布——印记的密度与位置不再随时间大幅变化。在此稳态下，研究者计算了系统能容纳的最大不同概念数量（容量），并发现：

• 容量随维度D先增后减；

• 最优维度为D=7；

• 该最优值与模型的细节参数（如学习率、印记大小、相互作用强度）无关，是一个鲁棒性结论。

“我们令人惊讶地发现，在稳态下，概念空间为七维时存储的不同印记数量最大，”通讯作者Nikolay Brilliantov解释道，“因此，七种感官的主张由此而来。”

对感官数量的推测：人类“只有”五种

研究者的结论是：若概念空间维度与感官数量相对应，则拥有七种感官的生物或系统将具备最大化的概念区分能力。人类仅有五种感官（视、听、触、嗅、味），可能并未达到理论上限。

“当然，我们的结论在应用于人类感官时是高度推测性的——虽然未来人类有可能演化出辐射或磁场感知，”Brilliantov承认，“但无论如何，我们的发现可能对机器人技术和人工智能理论具有实际意义。”

对AI与机器人感知的启示

当前的人工智能系统（尤其是多模态模型）通常整合视觉、听觉、文本等少数几种输入模式。本研究暗示：

• 为AI系统增加更多“感官”（如红外、紫外、超声波、磁场强度、化学物质浓度等）可能显著提升其概念区分能力与记忆容量；

• 机器人若配备超过人类数量的传感器（如七种），可能拥有更深层次的“理解”能力，在复杂环境中做出更精细的判别；

• 这一结论为类脑计算与神经形态芯片的架构设计提供了理论依据——人工记忆系统的“特征维度”可能是可优化的超参数。

局限性与未来方向

• 从感官到概念维度的映射：人类五种感官是否直接对应概念空间的五个维度？感官内部（如视觉有颜色、形状、运动等多个子维度）与跨感官整合如何计入？本研究未作细化；

• 生物学验证：需在神经科学中检验海马或皮层中记忆印记的维度是否接近七；

• AI实证：在强化学习或多模态模型中测试维度增加对长期记忆容量的影响。

参考信息
Reference: “The critical dimension of memory engrams and an optimal number of senses” by Wendy Otieno, Ivan Y. Tyukin and Nikolay Brilliantov, 15 August 2025, Scientific Reports.
DOI: 10.1038/s41598-025-11244-y