焦点播报:探索大脑理论的孤胆英雄

黄铁军

(相关资料图)

北京智源人工智能研究院院长，北京大学教授

今年8月，马斯克发布推文称将会在10月31日，更新有关脑机接口的最新进展。近几年，人工智能方面的发展一直在取得突破和进展，人们对这方面的期待和研究却一直没有停止。

比尔·盖茨2021年度书单重磅推荐了《千脑智能》，书中充满了对大脑结构的迷人洞察，以及关于智能机器未来的线索。作者杰夫·霍金斯认为，实现机器智能的最快途径是理解大脑的工作原理，然后在计算机中模仿这些原理。虽然神经科学家对大脑已经积累了大量详细的事实性知识，但对何为智能及大脑如何产生智能仍没有完整的理论。可喜的是，作为科技界一代传奇，杰夫·霍金斯在书中提出“千脑智能理论”，作为一种理解皮层如何工作的新途径，为神经科学和人工智能领域提供了重要启示。

北京智源人工智能研究院院长，北京大学教授黄铁军看完深受启发。

作者：[美]杰夫·霍金斯（Jeff Hawkins）

出版社：湛庐文化/浙江教育出版社

杰夫·霍金斯是我佩服的极少数人之一。这里我之所以用“人”，而没有用学者（他确实醉心于研究）、院士（他是美国工程院院士）或企业家（他是掌上电脑先驱企业 Palm 创始人）等称呼，是因为很难有一个称呼可以概括他。如果一定要有一个称呼，我想说他是一位智能时代的孤胆英雄。 

点燃霍金斯学者梦想的是基因双螺旋结构的发现者弗朗西斯·克里克。克里克于1977年移居美国，开始探索大脑和意识这个更难的问题，1979 年 9 月在《科学美国人》（Scientific American） 杂志上发表科普文章《思考大脑》（Thinking About the Brain），指出“脑科学研究明显缺乏的是一个普适的思想框架来解释这些研究结果”。那一年，霍金斯刚从康奈尔大学电子工程专业毕业，进入英特尔公司工作，被克里克的文章深深吸引。从此，寻找大脑运行背后的理论框架，就成了这名电子工程师的人生目标。

可是，英特尔公司虽然是“电脑”企业的领头羊，却没有研究“大脑”的部门，于是霍金斯转向信息领域最有可能研究这个问题的顶级学府麻省理工学院，申请人工智能实验室的博士研究生。招生面试组问他想做什么，他回答说，希望“以大脑理论为基础创造智能机器”，然而得到的答复却是：大脑只是一台混乱的计算机，研究它没有任何意义。于是他又转向了美国西海岸更加开放的加州大学伯克利分校，1986年1月被神经科学博士研究生项目录取。这次他的研究课题有所收敛——研究新皮质如何进行预测，当时的系主任弗兰克·韦伯林（Frank Werblin）组织的教授组积极肯定了这个课题的重要性，但霍金斯不确 定如何开展工作，也找不到研究这个方向的导师。

作为博士生导师，我想说这样的学生特别难得。绝大多数博士生更习惯导师指定研究方向甚至论文题目，而不是追求自己发自内心热爱的研究方向。即使有霍金斯这种博士生，如果发现缺乏导师，往往也会知难而退，转向“更保险的”研究课题，发表几篇论文，顺利毕业。因此，很多学校的博士生获得学位的比例很高，但原始创新率很低。

霍金斯没有知难而退，而是在图书馆泡了两年，读了过去 50 年神经科学领域最重要的数百篇论文，以及心理学家、语言学家、数学家和哲学家对大脑和智能的看法。虽然没找到答案，但人类对这个问题的认知水平他已经了然于胸。霍金斯认为这就是一流教育，我完全同意，这才是每名博士研究生的必修课：不是导师告诉你做什么，而是求教于追寻这一问题的所有先贤，经过了这一关，你就已经和他们站到一起了。

霍金斯经过了这一关，清楚地知道几年的博士研究实现不了自己的梦想，于是决定从长计议。他返回工业界，并开启了掌上电脑的传奇，成立的 Palm 公司取得了巨大成功。如果他醉心商业，把掌上电脑的成功扩展到手机，苹果手机成功的历史可能会被他改写。但霍金斯志不在此，他心心念念的还是大脑。2002 年，他用创业积累的资金成立了红木神经科学研究所（Redwood Neuroscience Institute），专注新皮质理论研究，聘任了 10 位全职科学家，吸引了 100 多名访问学者。 

但是，顶级神经科学家都知道大脑是个巨大的神秘丛林，他们更愿意聚焦于力所能及的新发现，而不是霍金斯追求的大脑理论。因此，霍金斯决定把红木神经科学研究所捐给加州大学伯克利分校，并创立了研究公司 Numenta，自己带领团队专注于大脑理论研究。2010 年，他提出了一种皮质柱预测模型，开发了相应的开源软件 HTM，并应用于股票市场异常检测等领域。 

我怀着对霍金斯传奇经历的仰慕，于 2016 年 1 月访问了 Numenta。访问之前，我的研究团队把 HTM 用于模糊运动目标的检测，验证了模型的独特价值。霍金斯很高兴地看了我的演示，我也顺道指出了他的《新机器智能》（On Intelligence）A 一书中的几处小错误，谈了我对大脑和智能之间关系的看法。也正是在那一年，霍金斯有了新发现，就是《千脑智能》（A Thousand Brains）中的“新皮质中的地图状参考系”。 

这里就不剧透这个新发现了。如果成功的话，这个新发现对脑科学的意义，就像进化论对生命科学的意义一样重大。我期望这个新学说能够成功，至少作为大脑原理的一部分与世长存，让这位追逐梦想 40余年的孤胆英雄稍感慰藉。

然而，作为一名痴迷大脑的同好，我的看法与霍金斯并不相同。我认为未来 20 年，更重要的任务是实现人类大脑的精细解析、建模和仿真，进而制造出媲美甚至超越人类大脑的超级大脑，之后才算正式踏上揭示大脑奥秘的征程。简言之，霍金斯主要是从功能模拟的角度探索大脑原理（虽然他比很多类脑专家更关心大脑的结构），是基于自顶向下的方法论，类似生命科学中的进化论；我强调的是从结构仿真出发构造大脑，再重现大脑功能，是基于自底向上的方法论，类似生命科学中的从基因组出发合成生命。自顶向下和自底向上论者从来都争执不休，但蕞终会走到一起，就像进化论和基因组结合才能揭示生命的奥秘一样。希望同样拥有梦想的你我和霍金斯一起努力，创造超级大脑，揭示大脑的奥秘，共同见证那个伟大的会师时刻。

——本文选自《千脑智能》推荐序

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