正在介不雅层面,脑科学研究对神经环的消息处 理道理有一些认识。神经可塑性是神经收集的主要 特点,有所谓的赫伯(Hebbian rule),认为同 时被激活的神经元之间的毗连被强化,发生新的链 ,构成新的回忆 (fire together, wire together)。对 概念的回忆存储于由亲近毗连的神经元构成的细胞 群中,激活此中的部门神经元能够对整个概念 的回忆。

  1957 年,冯·诺伊曼归天,次年他的遗做《计较机取人脑》(The computer and the brain) 出书。该书是他正在离世前的两年时间里预备的草稿,讨 论他其时最关怀的研究课题:计较机和人脑。冯·诺伊曼把计较机和人脑都看做是计较机械 (automata), 对两者进行了比力,试图为成立同一的计较机械理 论奠基根本。

  人的思虑是不是计较,是如何的计较?计较机 能否能够实现人的思虑?这个问题是认知科学、人工智能的一个焦点问题,这一点从计较机范畴两位 巨人对这个问题的关心程度就可见一斑。

  人脑是由千亿级的数百种神经元(神经细胞) 通过万万亿级的突触毗连构成的神经收集,可以或许实 现各类智能性功能,包罗、认知、言语、感情、 创制、认识。脑科学研究虽然取得了必然的, 但离探明人脑的工做机理还相差甚远 [2]。

  中文房间思惟尝试是说,有一个不懂中文的人 被放到一个房间里,其他人从房间外塞进写着中文 的纸条。房间里有一本书,写着中文会话的法则。 他按照书上的法则,对着纸条上的中文符号,找出

  体验模仿 (embodied simulation hypothesis) 是关于言语理解的体验认知理论,认为人的言语理 解是正在中进行的,基于本人过去的视觉、听觉、 活动等体验的模仿 [10,11]。

  的计较理论中,的表征理论是主要的 一个分支,从表征的角度进一步推进是计较系 统的设法。

  思虑也利用单词和符号。单词和符号做为表征 被回忆,人正在说出或写出一句话之前,单词和符号 相关的听觉、视觉等浮现于认识中。人的 逻辑和数学思维也基于,而不是符号。一个证 据是,很多数学家、物理学家,包罗爱因斯坦,都 将本人的笼统思维过程描述为的操做过程。

  脑和身体是不成朋分的无机体(这里说的身体指除去脑之外的身体部位)。脑和身体的彼此感化, 构成一个全体,取彼此感化,发生人的行为。 通过神经系统,信号能够从身体器官传到大脑, 指令信号也能够从大脑传到身体器官。大脑发出的 指令未必都颠末思虑,有良多属于被动的反映。经 过思虑的指令,会正在认识中发生,成为人的从 动的号令。达马西奥指出“我们未必是思虑机械, 其实我们是思虑的感受机械 (We are not necessarily thinking machines; we are feeling machines that think)”。

  体验认知 (embodied cognition)理论 2 是近二十 年来兴起的理论,认为生命体(包罗人和其他动 物)的身体是和认知的根本,身体的体验对感 知和认知起着决定性的感化 [8]。代表人物包罗认知 科学家雷可夫 (George Lakoff)、脑科学家达马西奥 (Antonio Damasio)、哲学家克拉克 (Andy Clark) 等。 能够说,体验认知理论对的计较理论提出了一 定的挑和。

  马尔提出了计较的条理概念,认为无论是计较 机仍是都是计较系统,需要从三个分歧且相关 的条理理解,包罗计较层、表征层、实现层。计较 层决定系统的输入取输出,对应计较的功能 ;表征 层决定系统内部的表征取算法,对应计较的软件; 实现层决定系统的物理实现,对应计较的硬件。

  这里谈到认识,这也是认知科学、脑科学和哲 学关心的一个主要问题,至今仍是一个很大的疑团。 由于涉及的内容较多,本文不做会商。

  言语同天然言语一样,由符号和语法构成。 符号有简单的,也有复杂的,语法法则决定符号的 组合体例以及发生的语义。听别人讲一段话,人一 般不克不及复述原话,但能够把内容讲述出来,对这个 现象的注释是,人理解天然言语时把它成了心 智言语。天然言语有歧义(多个语义),但语 言没有,缘由是人可以或许区别天然言语的歧义,申明 人用分歧的言语表达了分歧的语义。

  本文对计较取思虑(或智能)这个话题进行简单综述取会商。必需申明,笔者是计较机科学家, 对脑科学、认知科学等是外行。由于人工智能的方针是要建立可以或许“思虑”和“步履”的机械,所以做为人工智能的研究人员又不克不及不合错误这些问题进行 关心取思虑,进而斗胆执笔,写出本篇文章,但愿能抛砖引玉,激发大师的思索取辩说。

  李航:中国计较机学会(CCF)高级会员,《中国计较机学会通信》(CCCF)特邀专栏做家。 字节跳动科技无限公司人工智能尝试室总监(Director of AI Lab)。次要研究标的目的为天然言语处置、消息检索、机械进修等。

  正在人工智能 60 多年的汗青中,一曲有符号从义 (symbolism)和毗连从义 (connectionism)之争。前 30 年研究的沉点是学问取推理,占从导地位的是符 号从义,后30 年出格是近十年研究的沉点是机械 进修,出格是深度进修,占从导地位的是毗连从义。 这取的计较理论取体验认知理论的成长正在时间 上有必然的对应关系。认知科学和人工智能本来就 是彼此影响的两个学科。

  的表征理论(representational theory of mind) 认为思虑是正在中(图灵式计较机上)的符号操 做 [5,6]。人的思虑和步履是基于常识的,由或愿 望驱动。是对现实的描述,希望是对方针的描 述,常识是对世界的描述,而这些描述是通过心里 的言语进行的,称为“言语”(mentalese)。也 就是说,中的符号操做基于言语。

  1这里说的“思虑”并没有严酷定义,一般包罗认知和。2也有人译做“具身认知”理论。3外形:“天空中翱翔的老鹰”取“躲正在巢中的老鹰”。颜色:“放正在橱柜中的牛排”取“放正在餐盘上的牛排”。4其实这两个学派都有分歧的学者,他们对具体问题的概念不尽不异。

  有一些认知学尝试支撑言语存正在的。 好比,让受验者坐正在电脑屏幕前,屏幕上霎时闪出 两个英文字母,按照内容快速按下两个按钮中的一 个。若是两个英文字母不异,按此中的一个,若是 两个字母不不异,按别的一个。有时呈现的是统一 个字母且大小写不异(如“A A”“ a a”),有时呈现 的是统一个字母但大小写分歧(如“A a”“ a A”)。 成果发觉,大小写不异时,受验者按按钮的速度更 快,精确率更高。申明正在第二种环境,人需要做某 种处置把视觉中的符号转换成言语中的符号。

  深度进修的主要概念是人工神经收集和神经表 征。神经表征将图像、语音和言语的内容都暗示为 实数向量。人工神经收集是对各类表征进行操做, 从而完成各类、认知的模式识别使命的机械学 习模子。深度进修的“神经表征”取体验理论 的“神经表征”不尽不异,但也有相通之处。人工 神经收集和生物神经收集具有分歧的机制,后者借 鉴了前者的道理。

  的计较理论把看做是图灵式计较机 (Turing style machine),认为人的思虑(、认知等) 是这种机械上的计较。这一点取图灵和冯·诺伊曼 的概念一脉相承。有很多来由让人相信这个设法的 准确性。给定一个输入,发生一个输出,至多从功 能的角度,做的是消息处置,能够把看做 是一种计较系统。神经元对输入的多个信号进行处 理,输出一个信号,进而传送消息,从实现的角度, 是一种计较器件。

  哲学家塞尔(John Searle)用出名的中文房间 (Chinese room) 思惟尝试,对“是计较系统,思 考是符号操做”的设法提出质疑 [7]。

  近日,字节跳动科技无限公司人工智能尝试室总监李航正在《中国计较机学会通信》2019年第一期颁发专栏《智能取计较》,对计较取思虑(或智能)这个话题进行简单综述取会商。机械经授权转载。

  响应的中文符号画正在纸条上,把纸条塞出房间外(见 图 3)。从房间外的人看,这小我可以或许用中文对话, 会说中文,可是现实上他完全不会。基于符号操做 的计较机械,和中文房间里的人一样,看似正在利用 言语,其实完全没有理解言语。申明言语理解甚至 思虑,不是计较和符号操做。

  的计较理论 (computational theory of mind) 认 为,人的思虑是计较,人脑或是计较系统。这 里说的计较不是比方,而是本色上的 [4]。这个认知 科学、脑科学、人工智能等范畴的理论,正在20 世纪 60~70 年代占领支流地位,代表人物包罗认知科学家 福多 (Jerry Fodor)和平克 (Steven Pinker)、脑科学家 马尔 (David Marr)、哲学家丹奈特 (Daniel Dennett) 等。

  言语理解大多发生鄙人认识,正在认识层面,会 发生相关的。好比,问:“大猩猩有没有鼻子?”要回覆这个问题,我们会正在脑里先浮现出大猩猩的 视觉,然后按照这个去回覆问题。再好比, 听到 :“ flying pig(飞猪)”,分歧的人会按照本人对 飞的概念的理解(飞的),以及对猪的概念的 理解(猪的)组合成分歧的新的。

  思虑即计较这一命题是认知科学取人工智能的核 心问题。图灵和冯·诺伊曼时代以来,其准确性就不 断被一些现实所佐证。计较机正在数值计较上早已跨越 人类,近年正在智力竞赛、围棋上又完胜人类,正在图像 分类、语音识别、机械翻译上也接近人类。这些申明 对人类来说属于思虑的问题,正在计较机上都能够实现。 由此看来,图像理解、言语理解等现正在看来还很是困 难的问题,将来将有但愿正在计较机上实现或部门实现, 缘由是这些问题的素质也是人的思虑。

  达马西奥认为,思虑是可以或许正在认识中发生 (image)的,鄙人认识中进行的对神经表征 (neural representation) 的操做 [9]。神经表征是人脑的神经活 动(神经收集中的信号传送)发生的形态。是 指人的认识中对事物抽象的认识,包罗视觉、听觉、 体感等的。好比,提到“的帽子”,我们会 正在脑海里联想到的帽子,这就是它的视觉。

  的计较理论和体验认知理论从分歧角度对 “思虑是如何的计较”给出了谜底。前者认为思虑 是符号计较,后者认为思虑是神经计较。虽然现正在 没有确定性的结论,但体验认知理论似乎对人的思 考机制给出了一个令人信服的注释。近年深度进修 的庞大成功申明基于神经计较(人工神经收集)的 消息处置能更好地实现人的取认知能力。但愿 体验理论的研究取得更大的进展,为人工智能 供给更多的和指导。

  有良多认知学尝试证明体验模仿的准确 性。有如许的尝试,让受验者先听一句话,然后看 一张图片,之后快速按下两个按钮中的一个。若是 图片中呈现了句子中描述的物体,按此中的一个按 钮,不然按另一按钮。例如,句子有“木工把钉子 钉进墙里”(常识中这时钉子的标的目的是程度的),“木 匠把钉子钉进地板”(常识中这时钉子的标的目的是垂曲 的),图片中显示的物体有程度标的目的的钉子,也有 垂曲标的目的的。成果发觉句子中钉子的标的目的和图片中 钉子的标的目的分歧时受验者的反映速度更快,判断准 确率更高。更一般地,言语中描述的和图像中显示 的同种物体,当标的目的、外形、颜色不异时 3,人能 更快地判断其统一性。申明人正在理解言语时,按照 本人的经验正在视觉上想象出了对应的场景。

  若是智能和身体不成朋分的成立,那么建立 像人一样的智能系统就需要从开辟智能系统的“身体” 入手,让它们正在取的互动中获得智能,这似乎意 味着要走一条很是遥远而的径。但现实中往往 并不需要建立像人一样的智能系统,良多环境下能 获得辅帮人的智能东西就脚矣,所以问题能够被简 化,这时体验认知理论仍然具有自创意义。

  中文房间的论点惹起了极大的反应,各类支撑和 否决的看法接踵而至。比若有一个代表性的否决看法 是:确实这小我不会讲中文,可是整个房间会讲中文。 由于从功能的角度来说这个房间全体能够完成中文的 对话,这小我只是会讲中文的系统的一部门。塞尔对 此的辩驳是:这小我能够把所有的法则都记住,也可 以分开这个房间,可是只需他不克不及把语义附加到符号 上,就不克不及认为他会讲中文。塞尔的次要论点是符号 操做只能代表语法,不克不及代表语义。

  人进行言语理解时既利用言语相关的大脑部 位,又利用和活动相关的大脑部位。理解语 言描述的概念时,会联想到概念相关的图像,这 时大脑视觉皮层变得活跃 ;会联想到概念相关的 声音,这时大脑听觉皮层变得活跃 ;会联想到概 念相关的活动,这时大脑活动皮层变得活跃。语 言理解的过程就是,大脑各个部位相关体验 的回忆,基于这些回忆正在中生成言语所描述 的内容的过程。

  的计较理论取体验认知理论正在思虑即计较 问题上有类似的概念,但正在思虑是如何的计较问题 上概念完全分歧 4。从近年的研究来看,体验 认知理论对人的取认知机制可以或许给出更好的解 释,有良多来由让人相信这个理论的准确性,虽然 现正在还不克不及完全否认的计较理论。

  若是认为言语理解不是基于符号,而是基于体验 模仿,那么中文房间中的人确实没有理解言语,塞尔 的概念可能是准确的。语义不是由符号定义出来的, 而是从人取交互的体验中堆集笼统出来的。

  1950 年,图灵颁发论文《计较机械取智能》 (Computing machinery and intelligence),提出出名的 图灵测试。这段时间里,图灵关心的次要问题是, 正在计较机上能否能够实现人的思虑 (thinking) [1]。他 的根基概念是,只需进行恰当的编程,计较机能够 像人脑一样工做。我们不需要给思虑一个严酷定义 1, 能够通过图灵测试判断计较机的“思虑”能力能否 达到了人的程度。

  正在宏不雅层面,脑科学研究对大脑各个脑区的结 构取功能有必然的认识。人脑由大脑、小脑、脑干 构成。大脑最主要的部位是大脑皮层,人类取动物 的次要区别正在于人类具有极其发财的大脑皮层,能够说大脑皮层培养了人类的聪慧。大脑皮层分歧区 域掌管分歧的功能,包罗视觉皮层、听觉皮层、味 觉皮层、体感皮层、活动皮层、言语区等(见图 1)。

  正在微不雅层面,脑科学研究对神经元的消息处置 机制有比力清晰的领会[3]。神经元凡是由一个细胞体、 一个轴突和多个树突构成。树突接入信号,轴突接 出信号,神经元取神经元之间由突触毗连(见图 2)。 现神经元从多个前神经元获得输入信号,当输入信 号跨越必然阈值时被激活,发生输出信号,传送到 多个后神经元。神经元之间的信号传送通过突触进 行。前神经元正在轴突末梢化学物质,通过突触 传到现神经元的树突,打开现神经元的离子通道 (ion channel),促使其细胞表里离子流动,构成现神经元 的输入信号。现神经元的输出信号通过轴突以离子 流的形式传送到轴突末梢,继续向后神经元传送。

  的计较理论以认识为次要对象,根基不考虑下认识 ;只关怀人脑或,而不关怀身体,对 这个理论来说,身心是能够分隔的,智能能够 于身体而存正在。体验认知理论关心的是人脑和身体 的同一体,强调下认识对认识的影响,身体对人脑 或的影响 ;对这个理论来说,身心是不克不及分隔 的,(人的)智能不成能于身体而存正在。 的计较理论中的计较是认识中的符号特征的操做。 体验认知理论中的计较是下认识中的神经表征的操 做,其成果浮现于认识中成为。图4 给出了两 个理论的对比。

  能够看出人脑是一个由复杂复杂收集构成的信 息处置系统。它通过神经元之间的信号传送实现信 息处置,具有以下特点 :处置速度并不很快,进行 的是并行处置,计较取存储融合正在一路,具有自学 习能力。

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