中科院郭爱克院士:人类大脑在整体上是怎样工作的(下)

眼下,脑科学充斥着数据和理论,但缺乏统一观点的能力,在大数据时代,只有当人们掌握了对复杂系统进行有效描述的方法,掌握了从大数据提取信息的策略,才可能将还原主义获得的碎片化数据有效的集成,并通过呈展论去构筑生命和智力本质的宏伟大厦

四.大脑的可塑性和自组织也是达尔文式的《演化和选择》过程

大脑既然是演化和选择,我想举几个例子来说明大脑可塑性和自组织也是达尔文过程。

这是人类大脑发育的过程。神经元的连接,从稀疏到茂密,最后到成熟,这是人生进行修剪的过程,也是演化和选择的可塑性过程。

这是神经所于翔课题组证明大脑得得突触在出生以后,野蛮性生长,突触数量达到一个高峰,高峰过后再经过修剪,修剪结果会涉及很多问题:正常状态;精神分裂症;阿尔茨海默症;孤独症谱系障碍。或者修剪过程也可能形成天才。

这是神经所龚能实验室研究的自我认知过程,人与黑猩猩可以从镜中识别自我,而猴子不能,但是可以通过学习和训练,也能让它有认知自我的过程,这也是认知、修饰和成长的过程。

五.脑科学和类脑智能联姻

脑科学会带给计算科学什么启发?这是2017年美国三位科学家合作,通过果蝇的嗅觉编码改变哈希算法。

模仿果蝇嗅觉的算法要比哈希算法优越,这说明脑科学和类脑智能之间可以紧密结合,但需要双方的配合。

大脑内有“祖母”细胞吗?前不久三位科学家证明大脑当中有概念细胞(由众多细胞构成的一种概念),例如发现概念细胞可以编码好莱坞的影星。

最近神经所王伟课题组在猴子视觉研究中,证明了视觉信息在传输过程中有专门负责高空间分辨率的一群细胞,这涉及到对图像编码的过程,所以人类大脑研究进展可能会启发未来人工智能图像识别的发展。

2017年神经所常乐研究员在Cell杂志上发表论文,研究提出人脸识别的新理论,颞下皮层单个神经元对一组特征编码。

图左奔腾的马是患有自闭症的5岁女孩所画,图右是同龄小朋友画的马,中间的马是达·芬奇所画。

我们怎样理解脑认知的形成过程,这给各领域的科学家提出了挑战。

我们要敢为天下先,设计整合多种天才特征的更完备的类脑智能系统,这也是给每位科学家提出的挑战。

六.构筑生命和智力本质的宏伟大厦

眼下,脑科学充斥着数据和理论,但缺乏统一观点的能力。在大数据时代,只有当人们掌握了对复杂系统进行有效描述的方法,掌握了从大数据提取信息的策略,才可能将还原主义获得的碎片化数据有效的集成,并通过呈展论去构筑生命和智力本质的宏伟大厦。

上图是我引证的几位科学家的文章,我们应该用这些思想来指导我们理解脑的工作。人们在细胞、神经递质层面上的研究做得很细,但我们不知道它的来源是什么,这些结构整体上是怎么控制的,这是值得我们反思的问题。

科学家约翰·亨利,他在《涌现:从混沌到有序》谈到一群蚂蚁怎么涌现出它的理智等等。我觉得思考很重要,整体要大于局部之和,将不可能变成可能,因为它有涌现特点。

这是最近德国 M.海森堡教授发给我的一篇报告,主要探讨的是通过脑和行为演化产生思维的,类似于自然哲学的深刻概念。

人类大脑在整体上是怎样工作的呢?“道生一,一生二,二生三,三生万物”,这是我初步的认识,即多模块协同运作的结果。

上图是美国MIT新的人工智能研究计划,也是我们面临的挑战。

结论

物质是通过达尔文过程,即通过对脑和行为“演化+选择”过程而产生智力。从演化和选择的角度,构筑生命和智力本质的宏伟大厦,开创脑科学和类脑智能的美好未来,是我们在智能时代的使命担当。

AIII人工智能产业研究院

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