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菠菜万国现金网_郭爱克:探索自然智慧本质 照亮类脑智能之路

阅读次数:2149  时间:2020-01-11 17:58:12

菠菜万国现金网_郭爱克:探索自然智慧本质 照亮类脑智能之路

菠菜万国现金网,由中国商务部、科技部、工信部、国家发改委、农业农村部、国家知识产权局、中国科学院、中国工程院等国家部委和深圳市人民政府共同举办的“第二十一届中国国际高新技术成果交易会”于2019年11月13日-17日在中国深圳举行。中国科学院院士,中国科学院神经科学研究所研究员,中国科学院生物物理研究所研究员,中国科学院大学生命科学学院荣誉讲席教授郭爱克出席“改变世界的新兴科技II”交流会并演讲。

郭爱克表示,我们应当提倡跨物种、跨系统、跨尺度、跨领域的脑科学研究。揭示自然智慧原理,照亮类脑智能之路;反过来,类脑计算与人工智能也必定启发自然智能探索。交叉互动永远在路上。

以下为演讲实录:

大家下午好,非常荣幸在这里作演讲。我演讲的题目是“探索自然智慧本质,照亮类脑智能之路”。

我们知道人类大脑是集智慧之大成,集大成之智慧,我们可以上九天揽月,可以下五洋捉鳖,世上无难事,只要肯登攀,全靠我们的大脑。人脑有1000亿的神经细胞,有1万亿的神经胶质细胞,10倍于整个银河系,有100万亿的突触连接,人脑神经纤维总长度18万公里,绕地球4周。在这么复杂的系统面前,前辈科学家对复杂系统做了深入研究,我这里列举了诸位的大家,他们面对复杂系统提出的复杂系统的理论和实践。

著名的人工智能专家Minsky,他将思维描绘成为由本身不具备思维的微小部分组成的社会,他称之为《心智的社会》,他说,所谓思维并不是直接来源于几个像波函数那样规整漂亮的基本原理,精神活动也不是一类可以用几个逻辑合理的运算就能描述的简单现象。相信脑的功能是成千上万个具有不同专门技能的子系统协作的结果,是上百万年进化中缠绕组合的结果。

我们都知道大自然中有涌现现象,就是简单中孕育着复杂,这个最有趣的例子就是蚂蚁,蚂蚁虽然个体是非常简单的,但是蚂蚁构成一个社会之后就非常复杂,这就是一种涌现现象,非线性系统中可以涌现出复杂行为。

我刚才勾画的都是前辈的研究,用莎士比亚的话讲“凡是过去,皆为序章”,作为我们今天研究的序章。我现在把这些年来关于脑研究的一些主要进展,用我的理解概括了14个方面:人脑是最复杂开放远离平衡的自组织自适应动力学系统;人脑不是被超自然智慧设计的,它是演化和选择的奇迹;物质变精神,精神变物质,精神是脑与行为交互的结果;大脑的网络组合结构是跨物种的、跨尺度的不变性原则等等。我归纳了大约14条,我下面将会就这每一条给大家举一两个例子来说明这样的问题。

一是演化+选择创造了生命世界的多样性。比如人的大脑和黑猩猩比较起来,人类大脑是1400立方厘米体积,黑猩猩只有400立方厘米,这就是人脑与黑猩猩脑子的对比。达尔文是一位伟大的科学家,他最深刻地理解了演化和选择。我们相信演化和选择适用于所有生命系统和智能系统的各个层次。在生命起源过程中,有一个寒武纪生命大爆发的地质年代,距离现在是5.42亿年-4.88亿年,是现代生物的开始阶段,是地球上现代生命的起源。这个大爆发涌现了地球生命的五彩斑斓的生命现象,各种动物物种、各种植物生命现象。用达尔文的话说,从这个简约的开始蕴育着更为美好,更为复杂的系统,它们曾经或正在演化着。我们脑科学家研究脑可以研究各种模式动物,比如说果蝇、线虫、斑马鱼、小鼠,甚至研究体细胞克隆猴,还可以直接研究人类自身。

大脑是非常复杂的,研究简单系统有什么用呢?其实大脑的网络组织的一般原理可能不变地出现在解剖空间维度的各个尺度和不同的物种中间,比如可能出现在灵长类和猴子,也可能出现在简单的物种如线虫和果蝇,但是它的脑结构框架和灵长类动物脑结构是没有什么不同的。线虫神经联接组的富人俱乐部是高度网络枢纽中心的精英集团,它们在拓扑上相互连接,效率很高,具有小世界属性:海内存知己,天涯若比邻。这是人类大脑中复杂的网络结构,像人类大脑这种网络结构,它可以产生流体智力。大家可能会发现有些人的智力像流体一样的,记忆力非常好,解决问题非常快,这都归功于他们大脑内这样的枢纽式的模块化结构的,所以这也是我们大脑工作的基本环路导致的智力。有学者将人类大脑的工作方式比作是一个庞大的交响乐团在演奏和谐的交响乐那样的情况,心灵的音乐网络是我们认知能力的基础。

二是两难抉择的脑机制。我们人类每天都遇到抉择,因为抉择本身就是生活,生命就是一个连续的抉择过程。但是我们可以研究简单的动物的抉择原理,比如果蝇的抉择,我们发现果蝇的非线性抉择曲线具有 S 形,灵长类动物的抉择也是这样的 S 曲线。

三是跨物种的模式分割的去相关性原理。这两张图是不一样的,左右两个盒子里的小鼠不一样,这是基本的神经元运算。这个神经运算原理不仅在人类负责运动编码的小脑,也在果蝇的负责嗅觉记忆的蘑菇体,也在小鼠负责记忆的神奇的海马脑区都是和而不同,说明跨物种具有神经环路原理的不变性原则。这个观点很重要,如果你想研究类脑智能,你就要研究这些不变性原理。前面提到的三类脑结构的功能特点是:高度发散的投射,稀疏的突触连接,广泛的反馈抑制。认识到这样的原则有什么用?我给大家举一个例子,美国三位科学家就把这个原则用到了哈希算法的加密算法,他们把果蝇嗅觉气味的分辨方式形式化了,改进了现在经典的哈希算法,提高效率30%-50%。我们生命系统中的很多现象和原理,我们有时是不识卢山真面目。但是明白人知道这是可以运用的原理,这就是交叉科学的魅力。

四是大脑内有祖母细胞吗?其实没有,大脑当中的细胞是以集群的方式对应外部世界表达的,它没有什么特定的编码祖母面孔的细胞,它是用神经元集群来表征的。

五是这几年关于面孔识别的研究进展很大,大家可以看到这些京剧脸谱,发现在灵长类脑用205个不同的神经元就可以编码50种面部特征,就可以编码一个人的脸。

六是物质和精神的关系,精神来自于行为控制,精神进化的物质就是大脑。头脑使行为更加成功。如果在大脑研究中我们想了解大脑是如何工作的,我们必须理解物质和精神的关系。揭示大脑认知功能的跨物种和跨空间尺度的神经网络机制,并提炼出其神经计算原理,可能是理解人类大脑如何工作的突破口。

最后,我想强调的是,我们应当提倡跨物种、跨系统、跨尺度、跨领域的脑科学研究。揭示自然智慧原理,照亮类脑智能之路;反过来,类脑计算与人工智能也必定启发自然智能探索。交叉互动永远在路上。

我今天就讲到这,谢谢大家。

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