重读《ON INTELLIGENCE——人工智能的未来》（一）

《ONINTELLIGENCE——人工智能的未来》【美】杰夫·霍金斯等著

这是一本十年前出版的书，今年在多个人工智能领域的会议上听到领军人物提到这本书给他们的启发，不由得好奇起来。本人的书购于两三年前，当时人工智能在国内工业界中的热度才刚刚有些上升的苗头，完成不似2017年底这样如火如荼。断断续续地读，也并没有读完，即使有些理论给了我相当的震撼，但也不知道和现实应用如何结合。于是决定，赶在2017年这个年尾，和大家一起来重读这本“圣经”一样的书。

作者说：真正认识大脑是开发智能机器的必由之路。那么，大脑是什么样子的？又是如何运转和形成能力的？多年来，这些问题其实一直是神经科学家在思考和研究的，以图灵为图腾的人工智能专家们却未曾涉猎，他们大部分都专注于使机器像人一样识别或推理的算法研究。这本书的作者则认为，认识人脑才是根本；他以这个研究课题申请多所知名大学的Ph.D都遭到了拒绝，因为他太离经叛道了。然而，我们站在2017年这个时间点上来看，他可能只是太早地意识到了本质。以下将以读书笔记的形式和大家一块回顾书中的观点和理论。

大脑是什么样子的要点：

首先，大脑的智能都产生于新大脑皮层，丘脑和海马两个部位也发挥了作用。

其次，大脑皮层是分层的，目前的共识是有6层，每层均由相似的神经细胞（神经元）组成，人类大脑皮层中包含有大约300亿个神经元；人类较其他生物“聪明”，不是因为神经元特殊，而是其大脑皮层相对体型来说更大（展开的话有大餐巾那么大）。

再次，这些分布在不同皮层的神经元是有层级结构的，即某些神经元凌驾于其他神经元之上，或是屈居其下。这种“高低”关系与其在大脑皮层中所处的位置无关，而是由它们之间的连接关系（由神经突触实现）决定的。信息在高层级结构与低层级结构之间是双向流动的，且由低向高向的反馈甚至比由高向低推送的要多得多。

最后，“罗塞塔石碑”出现了——神经科学领域类似广义相对论那样违背人们常识的一个结论是：大脑皮层在外表和结构上惊人地相似，不论是主管视觉输入和主管触觉的大脑皮层区域、控制肌肉的区域、布洛卡语言区域以及其他各个区域，实际上是完全不一样的。（由约翰霍普金斯大学神经科学家Veenon Mountcastle在1978年发表的“An Organizing Principle for CerebralFunction”文章中提出）他的结论是基于多年的实验和观测得出的，他在寻找大脑功能区域的细微差别的研究中，意外证明了大脑皮层尽管有差异，但其相似之处才是惊人的。即大脑皮层具有极强的灵活性和可重塑性。

那么如何解释，一个被人们普遍接受的有关大脑的认识：它的内部是有区域界限的，某些心理功能是固定在一定的区域里的。一个常被证询的例子就是，中风的病人会因中风损坏的特定脑区域（如纺锤状脑回）而丧失某种特定的能力（辨识面孔的能力）。这样的功能区划分一直是我们熟悉的，甚至在当今的医学界还经常听到这样的学说。假如上述论断是正确的，那么大脑的语言区也不一定只是语言区，负责控制肌肉运动的区域也可能被重塑来进行语言控制了？

解答是“基因决定了大脑皮层的整个建构，包括各个区域之间相互连接的具体细节，但在此结构的内部，系统却有极大的灵活性”。大脑的各个区域是根据传入的信息种类发展出特定的功能。在孩提时期，大脑皮层就分化成不同的特殊任务功能区，其分化的基础是经验。随时年龄的增长和环境的变化，人脑学习和适应新鲜事物、场景甚至是环境的能力就是大脑灵活性的体现。

因此，得到有关智能的进一步结论：不同的大脑皮层区域有着一个相同的、强大的通用算法，如果将这些区域按照合适的层级结构连接起来并输入信息流，它就能学会了解周围的环境。

更进一步的理论是，进入大脑皮层的各类信息（视觉信息、听觉信息、触觉信息、嗅觉信息和味觉信息等知觉信息）是基本相同的——它们仅仅是无差别的动作电位，都是大脑轴突上的空间-时间模式而已。……这个可能更加让人难以理解或接受，因为首选要理解视、听、触、味等都是和时间、空间相关的（这里省略解释，请大家自行思考或查阅书中相关解释）。不过，我们的大脑皮层确实不能直接感知外部世界这是可以获得共识的，它所知道的只有输入轴突上的模式流。有关这一方面，书中给出了最好的例证，海伦·凯勒（Helen Keller）。她没有视觉、听觉，却学会了语言，成为了作家；大脑皮层的灵活性赋予了她像常人那样认识和感知世界的可能，她脑子可以形成同常人一样的世界模型。

那么，问题又来了，是不是如果人们破译了大脑皮层算法，将其运用到任何期望获得智能的系统上，根据我们输入给它的模式，它就可以获得相应的智能了呢？那种算法的特点应该是不需要针对特定需求进行编程的，可以对所有输入模式应对自如。

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到这里，大家可能会问两个问题：

这就是研究通用人工智能的初心吗？即模拟大脑皮层算法

不管是大脑本身还是人工算法，怎么区分输入的模式是真实存在的，还是加工创造的？即幻觉和现实。

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后续，我们将一起来边读边思考上面两个问题，敬请期待。