古希臘哲學(xué)家德謨克利特曾言，“我寧可找到一個因果的解釋，也不愿意成為波斯人的王”?？梢?，推理能力，是人類智能的重要體現(xiàn)。目前，盡管人工智能在語音、圖像識別等特定領(lǐng)域、特定類別下，水平已經(jīng)比肩甚至超過人類，但對日常生活中的事情進行推理，AI卻是一籌莫展。

例如，電影《教父》里有這么一個場景：一個黑手黨對糕餅店老板說：“這個店太漂亮了，但是如果有一把火把這個店燒了，那就太可惜了。”顯然，這句話背后的意思，不是勸老板準備好消防設(shè)備，而是恐嚇老板趕緊交保護費。這個結(jié)論對人而言是顯而易見的，但對于AI則很難理解。再如，張三問李四：“你最近忙嗎?”李四回答道：“我眼圈黑得可以扮熊貓了。”對于AI來講，李四的回答和張三的問題是風(fēng)馬牛不相及的兩句話。

目前AI缺乏因果推理能力

“目前AI所學(xué)的語料庫里，只涉及數(shù)據(jù)之間的相關(guān)概率，而沒有數(shù)據(jù)之間的因果關(guān)系;更關(guān)鍵的是，AI算法里很少包含推理的模塊。”8月24日，清華大學(xué)心理學(xué)系和腦與智能實驗室教授劉嘉在北京智源人工智能研究院舉行的“人工智能的認知神經(jīng)基礎(chǔ)”重大研究方向發(fā)布會上指出，而在人的大腦里有專門的認知結(jié)構(gòu)來進行推理以尋找因果關(guān)系。事實上，人類隨時隨地都在尋找事件的因果解釋，甚至?xí)岩恍┩耆珶o關(guān)的東西關(guān)聯(lián)在一起。可以說，因果推理是人的一種本能行為。

有人說，今天的人工智能是大數(shù)據(jù)+深度學(xué)習(xí)+大算力，未來的人工智能就是更多的數(shù)據(jù)、更大的算力加上改進的機器學(xué)習(xí)算法。這么說對嗎?“這么說并沒有真正回答問題，屬于線性思維。深度學(xué)習(xí)在人臉識別等方面取得重大進展，但并未真正解決感知問題，例如對抗性圖片可以欺騙人臉識別系統(tǒng)，這不是個案，而是揭示了深度學(xué)習(xí)的根本性缺陷。因此，人工智能未來發(fā)展的關(guān)鍵不是簡單提高算力和增加數(shù)據(jù)，而是要重新思考智能模型。”北京大學(xué)計算機科學(xué)技術(shù)系教授、北京智源人工智能研究院院長黃鐵軍表示。

什么是智能?“我認為智能是系統(tǒng)通過獲取和加工信息而獲得的一種能力，從而實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的演化。比如說動力系統(tǒng)，汽車、飛機通過油和電等能量進行運動，但這不是智能，如果一個系統(tǒng)能夠獲取信息并通過加工信息獲得能力增長，它就是智能。”黃鐵軍說。

黃鐵軍表示，作為智能載體的系統(tǒng)可以是有機生物體，也可以是無機的機器，包括計算機。寄托在有機體上的智能稱為生物智能，以機器為載體的智能稱為機器智能。而把人工智能理解為“人工設(shè)計制造的智能”是偏頗的。

借鑒生物智能拓展研究途徑

“生物智能研究是腦科學(xué)的一部分，屬于自然科學(xué)范疇。如同其他自然科學(xué)一樣，大腦作為研究對象基本是穩(wěn)定不變的，人類的進化不會在幾十、幾百年有多大變化。大腦是已知的最復(fù)雜的系統(tǒng)，所以腦科學(xué)常常被稱為自然科學(xué)的最后疆域。”黃鐵軍指出。

機器智能是技術(shù)科學(xué)的前沿，黃鐵軍表示：“因為人工智能這種系統(tǒng)的復(fù)雜程度是隨著人類的設(shè)計、開發(fā)以及環(huán)境的互動變得越來越復(fù)雜，所以機器智能的研究對象是一個不斷擴展變化的對象，我認為智能科學(xué)是技術(shù)科學(xué)無盡的開放疆域。”

“生物大腦是億萬年進化的產(chǎn)物，機器智能沒必要也不可能再從頭進化一遍，而是應(yīng)該在生物大腦的基礎(chǔ)上向前發(fā)展。”黃鐵軍表示。例如，目前的機器視覺采用攝像頭和計算機算法，雖然取得了很好的效果，但是存在計算復(fù)雜度高、成本高等問題。黃鐵軍團隊研制的新型視覺傳感芯片仿照生物采用脈沖方式表示視覺信息，不需要大算力就能完成超高速視覺任務(wù)，成果表明可從結(jié)構(gòu)和機理上模仿生物大腦，再通過光電系統(tǒng)特性大幅提高性能，這是人工智能未來發(fā)展的重要途徑。

據(jù)介紹，北京智源人工智能研究院在2019年發(fā)布的5個研究方向中，將“人工智能的認知神經(jīng)基礎(chǔ)”作為2020年首個重大研究方向，旨在將神經(jīng)科學(xué)、認知科學(xué)和信息科學(xué)進行交叉融合，加強人工智能和腦科學(xué)的雙向互動和螺旋發(fā)展，揭示生物智能系統(tǒng)的精細結(jié)構(gòu)和工作機理，構(gòu)建功能類腦、性能超腦的智能系統(tǒng)，以視覺等功能和典型模式動物作為參照物測試智能水平，為人工智能未來發(fā)展探索可行道路。

劉嘉表示，從認知神經(jīng)的角度考慮，理解智能有3個層級，硬件層面、表征與算法層面以及計算目標層面。對應(yīng)到生物智能中，分別是腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)與功能、生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以及認知模型。課題組將分別從3個層面進行研究：生物基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)模型、生物視覺。其中，將圍繞“生物視覺的認知神經(jīng)基礎(chǔ)”用多種腦成像的方法，探究大腦的精細結(jié)構(gòu)、闡明生物視覺的認知功能和計算架構(gòu);進行“AI的腦解析”，利用認知神經(jīng)科學(xué)的研究方法打開人工智能(深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò))的黑盒子;探索“類腦的AI”，基于生物視覺認知的研究成果，構(gòu)建類腦視覺信息處理的模型與算法。

“以認知神經(jīng)為基礎(chǔ)，人工智能將進入一個新的發(fā)展軌道，盡管它的發(fā)展不會像大家想象那么快，因為很多技術(shù)挑戰(zhàn)需要解決，但只要方向?qū)︻^，速度還是比較快的。”黃鐵軍表示，“如果要實現(xiàn)類似生物那樣的智能，我認為各種人工智能探索途徑最終都將收斂到生物大腦模型上。”

三學(xué)科交叉融合探尋生物智能本質(zhì)

在自然界中，我們看到生物智能可以實現(xiàn)很多目標。那么，生物智能是怎么工作的?

據(jù)介紹，生物界中，線蟲神經(jīng)元的數(shù)量是302個，果蠅是25萬個，斑馬魚為千萬級，小鼠接近1億，絨猴是10億級，獼猴差不多百億級，而人有860億個神經(jīng)元。雖然這些生物體神經(jīng)元之間數(shù)量差別達億倍，但是它們都能夠滿足生存需要——獲得食物，逃避危險，繁殖后代。劉嘉指出，盡管不同的生物在智能的高低上存在差異，但是無論是幾百個神經(jīng)元的線蟲，還是有千億個神經(jīng)元的人類，他們都具有人工智能夢寐以求的通用智能。所以，從生物智能的角度來看，通用智能并非一定要依賴于非常多的神經(jīng)元來實現(xiàn)，而是神經(jīng)元通過某種規(guī)則的組合。

但是，生物智能底層的規(guī)則是什么，現(xiàn)在尚不清楚。劉嘉強調(diào)，“這些規(guī)則是可以通過研究來獲取的。在過去的幾十年里，研究者分別從三種不同角度探究智能的本質(zhì)：一是自下而上的生物學(xué)視角，它是忠實于生物神經(jīng)基礎(chǔ)的仿真;二是自上而下來構(gòu)建抽象的認知模型，以認知科學(xué)為核心。三是最近興起的折中之路，以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的在仿真與模型之間計算科學(xué)的道路。”

劉嘉介紹說，今后的研究方向是把神經(jīng)科學(xué)、認知科學(xué)和計算科學(xué)做深度的交叉。而人工智能的突破可能就在這三個學(xué)科的交叉點——它現(xiàn)在雖然是一個無人區(qū)，在技術(shù)和范式上有很多未知，存在很多挑戰(zhàn)，但是充滿希望。為在這個交叉點開展工作，必須要有一個底層的支撐，這就是生物智能開源開放平臺。

具體而言，研究人員準備構(gòu)建一個多尺度、多精度、多模態(tài)的開源開放平臺，把生物神經(jīng)數(shù)據(jù)、行為范式數(shù)據(jù)、認知過程及表征數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的生物、計算和認知模型等放進去。在這平臺之上，吸引更多的人加入進來，探索智能的本質(zhì)，構(gòu)建關(guān)于智能的理論。

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