焦點短訊！探索大腦理論的孤膽英雄

黃鐵軍

北京智源人工智能研究院院長，北京大學教授

今年8月，馬斯克發(fā)布推文稱將會在10月31日，更新有關腦機接口的最新進展。近幾年，人工智能方面的發(fā)展一直在取得突破和進展，人們對這方面的期待和研究卻一直沒有停止。

(資料圖片)

比爾·蓋茨2021年度書單重磅推薦了《千腦智能》，書中充滿了對大腦結構的迷人洞察，以及關于智能機器未來的線索。作者杰夫·霍金斯認為，實現機器智能的最快途徑是理解大腦的工作原理，然后在計算機中模仿這些原理。雖然神經科學家對大腦已經積累了大量詳細的事實性知識，但對何為智能及大腦如何產生智能仍沒有完整的理論。可喜的是，作為科技界一代傳奇，杰夫·霍金斯在書中提出“千腦智能理論”，作為一種理解皮層如何工作的新途徑，為神經科學和人工智能領域提供了重要啟示。

北京智源人工智能研究院院長，北京大學教授黃鐵軍看完深受啟發(fā)。

作者：[美]杰夫·霍金斯（Jeff Hawkins）

出版社：湛廬文化/浙江教育出版社

杰夫·霍金斯是我佩服的極少數人之一。這里我之所以用“人”，而沒有用學者（他確實醉心于研究）、院士（他是美國工程院院士）或企業(yè)家（他是掌上電腦先驅企業(yè) Palm 創(chuàng)始人）等稱呼，是因為很難有一個稱呼可以概括他。如果一定要有一個稱呼，我想說他是一位智能時代的孤膽英雄。 

點燃霍金斯學者夢想的是基因雙螺旋結構的發(fā)現者弗朗西斯·克里克。克里克于1977年移居美國，開始探索大腦和意識這個更難的問題，1979 年 9 月在《科學美國人》（Scientific American） 雜志上發(fā)表科普文章《思考大腦》（Thinking About the Brain），指出“腦科學研究明顯缺乏的是一個普適的思想框架來解釋這些研究結果”。那一年，霍金斯剛從康奈爾大學電子工程專業(yè)畢業(yè)，進入英特爾公司工作，被克里克的文章深深吸引。從此，尋找大腦運行背后的理論框架，就成了這名電子工程師的人生目標。

可是，英特爾公司雖然是“電腦”企業(yè)的領頭羊，卻沒有研究“大腦”的部門，于是霍金斯轉向信息領域最有可能研究這個問題的頂級學府麻省理工學院，申請人工智能實驗室的博士研究生。招生面試組問他想做什么，他回答說，希望“以大腦理論為基礎創(chuàng)造智能機器”，然而得到的答復卻是：大腦只是一臺混亂的計算機，研究它沒有任何意義。于是他又轉向了美國西海岸更加開放的加州大學伯克利分校，1986年1月被神經科學博士研究生項目錄取。這次他的研究課題有所收斂——研究新皮質如何進行預測，當時的系主任弗蘭克·韋伯林（Frank Werblin）組織的教授組積極肯定了這個課題的重要性，但霍金斯不確 定如何開展工作，也找不到研究這個方向的導師。

作為博士生導師，我想說這樣的學生特別難得。絕大多數博士生更習慣導師指定研究方向甚至論文題目，而不是追求自己發(fā)自內心熱愛的研究方向。即使有霍金斯這種博士生，如果發(fā)現缺乏導師，往往也會知難而退，轉向“更保險的”研究課題，發(fā)表幾篇論文，順利畢業(yè)。因此，很多學校的博士生獲得學位的比例很高，但原始創(chuàng)新率很低。

霍金斯沒有知難而退，而是在圖書館泡了兩年，讀了過去 50 年神經科學領域最重要的數百篇論文，以及心理學家、語言學家、數學家和哲學家對大腦和智能的看法。雖然沒找到答案，但人類對這個問題的認知水平他已經了然于胸。霍金斯認為這就是一流教育，我完全同意，這才是每名博士研究生的必修課：不是導師告訴你做什么，而是求教于追尋這一問題的所有先賢，經過了這一關，你就已經和他們站到一起了。

霍金斯經過了這一關，清楚地知道幾年的博士研究實現不了自己的夢想，于是決定從長計議。他返回工業(yè)界，并開啟了掌上電腦的傳奇，成立的 Palm 公司取得了巨大成功。如果他醉心商業(yè)，把掌上電腦的成功擴展到手機，蘋果手機成功的歷史可能會被他改寫。但霍金斯志不在此，他心心念念的還是大腦。2002 年，他用創(chuàng)業(yè)積累的資金成立了紅木神經科學研究所（Redwood Neuroscience Institute），專注新皮質理論研究，聘任了 10 位全職科學家，吸引了 100 多名訪問學者。 

但是，頂級神經科學家都知道大腦是個巨大的神秘叢林，他們更愿意聚焦于力所能及的新發(fā)現，而不是霍金斯追求的大腦理論。因此，霍金斯決定把紅木神經科學研究所捐給加州大學伯克利分校，并創(chuàng)立了研究公司 Numenta，自己帶領團隊專注于大腦理論研究。2010 年，他提出了一種皮質柱預測模型，開發(fā)了相應的開源軟件 HTM，并應用于股票市場異常檢測等領域。 

我懷著對霍金斯傳奇經歷的仰慕，于 2016 年 1 月訪問了 Numenta。訪問之前，我的研究團隊把 HTM 用于模糊運動目標的檢測，驗證了模型的獨特價值。霍金斯很高興地看了我的演示，我也順道指出了他的《新機器智能》（On Intelligence）A 一書中的幾處小錯誤，談了我對大腦和智能之間關系的看法。也正是在那一年，霍金斯有了新發(fā)現，就是《千腦智能》（A Thousand Brains）中的“新皮質中的地圖狀參考系”。 

這里就不劇透這個新發(fā)現了。如果成功的話，這個新發(fā)現對腦科學的意義，就像進化論對生命科學的意義一樣重大。我期望這個新學說能夠成功，至少作為大腦原理的一部分與世長存，讓這位追逐夢想 40余年的孤膽英雄稍感慰藉。

然而，作為一名癡迷大腦的同好，我的看法與霍金斯并不相同。我認為未來 20 年，更重要的任務是實現人類大腦的精細解析、建模和仿真，進而制造出媲美甚至超越人類大腦的超級大腦，之后才算正式踏上揭示大腦奧秘的征程。簡言之，霍金斯主要是從功能模擬的角度探索大腦原理（雖然他比很多類腦專家更關心大腦的結構），是基于自頂向下的方法論，類似生命科學中的進化論；我強調的是從結構仿真出發(fā)構造大腦，再重現大腦功能，是基于自底向上的方法論，類似生命科學中的從基因組出發(fā)合成生命。自頂向下和自底向上論者從來都爭執(zhí)不休，但蕞終會走到一起，就像進化論和基因組結合才能揭示生命的奧秘一樣。希望同樣擁有夢想的你我和霍金斯一起努力，創(chuàng)造超級大腦，揭示大腦的奧秘，共同見證那個偉大的會師時刻。

——本文選自《千腦智能》推薦序

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