类脑智能：让机器像人一样思考

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实习记者闫东东

机器人会和人类有同样的意识吗？10日，deepmind团队在《自然》杂志上发表的一篇论文引起了人工智能和神经科学领域的关注:DeepMind新开发的一个人工智能程序具有与哺乳动物相同的寻路能力和大脑网格细胞的工作原理。

学习和研究大脑一直是人工智能的发展方向，用人类意识实现人工智能是人类的长期目标。Deepmind从大脑的某些功能中吸取了教训，但它仍然是对单一功能的模仿。可以说，今天的人工智能可以击败顶尖围棋手，但它不能像婴儿一样探索世界。

在人工智能领域，有一个被称为“类大脑智能”的研究方向，它希望机器像人类一样思考。虽然专家们对deepmind的最新成果是否属于类脑智能研究有不同的看法，但这项研究提供了一种从算法角度探索大脑功能的方法。目前，类脑智能研究的进展如何？需要克服的困难是什么？《科技日报》记者为此采访了相关研究专家。

目标:使机器具有人类的认知能力

从ibm的“深蓝”(Deep Blue)系统击败世界象棋冠军卡斯帕罗夫(Kasparov)，到谷歌的阿尔法戈(alphago)击败顶尖的人类围棋手，上述所有突破都只是智能系统从某个角度和某个特定领域接近、达到或超越人类智能，而相关的理论、算法和系统很难延伸到其他领域来解决其他类型的问题。在人工智能领域，有一个著名的莫拉维克悖论，说计算机很容易和成年人下棋，但计算机很难像一岁的孩子那样感知和行动。阿尔法戈可以击败世界顶级围棋手，但不能像孩子一样探索世界。

到目前为止，还没有一个通用的智能系统能够接近人类的水平。“现有的人工智能系统通用性差，这与其计算理论基础和系统设计原则是分不开的。”中国科学院自动化研究所类脑智能研究中心副主任研究员曾毅告诉《科技日报》记者，图灵机模型取决于人们对物理世界的认知，因此人们限制了机器描述和解决问题的程度。冯·诺依曼体系结构是一个存储的程序式计算，程序是预设的，因此它不能根据外界的变化和需求而自我进化。然而，我们的大脑是一个优秀的通用智能系统，可以长时间稳定工作。它不仅能从别人那里得出推论，还能处理各种问题，如视觉、听觉、语言、学习、推理、决策、计划等。，而且在学习和发展的过程中不断适应和进化。

曾毅指出，类脑智能以计算建模为手段，受大脑结构和机制、认知行为机制的启发，试图通过硬件和软件的合作实现机器智能。类脑智能系统在信息处理机制上“类脑”，在认知行为和智能水平上“类人”。目标是使机器实现人类所拥有的各种认知能力和合作机制，最终达到或超过人类的智力水平。

困难:大脑知识有限

中国科学院脑科学与智能技术创新卓越中心和中国科技大学的核心骨干毕国强教授认为，类脑智能研究与开发的核心难点在于我们对大脑的结构和功能原理了解不够。

人脑重约1.4公斤，大脑皮层有数十亿个神经元，每个神经元包含几个到数万个分支，形成一个巨大而精细的神经网络。大脑通过这个超大规模的神经网络系统处理信息，但是这个网络的电路图极其复杂，并且有许多不同类型的神经元和突触连接。用目前的技术真正画出一个全面完整的电路图需要不可想象的工作量。

“在这个阶段，我们可以开始建立一个简化的类似大脑的模型，而不需要完全理解大脑原理来实现一些‘类似智能’的功能。”毕国强认为，目前的人工神经网络模型，包括深层神经网络，模仿了生物神经网络的一些最基本的特征，在处理分类和识别问题上取得了很大的成功。然而，这些“简单”的网络在效率、功耗和通用性方面都有根本的限制，而且似乎没有办法产生真正的智能。

“现阶段的一个关键方向是开发和应用新技术，包括现有的机器学习(或类似大脑的智能)技术，如人工神经网络，以促进对大脑网络结构和学习规则的生物学研究，并积累大量数据。并理解原则。”同时，毕国强说，通过开发新的软件和硬件技术，整合大脑结构和工作原理的新细节，他试图提高类似大脑的智能技术的能力，这反过来又促进了大脑研究。通过这样的正反馈迭代过程，也许我们可以在可预见的未来实现下一次突破。

布局:国内外发展水平几乎同步

不可否认，我们对大脑的探索仍处于非常早期的阶段。曾毅介绍说，总的来说，经过数百年的研究，人们对大脑信息处理机制的了解还比较初步。在这样的背景下，2016年，中国正式提出了“脑科学与类脑科学研究”(中国脑科学计划)，这将极大地推动人工通用智能技术的发展，成为连接脑科学与信息科学的桥梁。此外，许多大学设立了类脑智能研究机构，开展类脑智能研究。如清华大学2014年建立的类脑计算研究中心、中国科学院自动化研究所2015年建立的类脑智能研究中心、北京大学建立的脑科学与类脑研究中心、上海交通大学建立的类脑计算与机器智能研究中心。

目前，清华大学类脑计算研究中心已经开发出具有自主知识产权的类脑计算芯片和软件工具链；中国科学院自动化研究所开发了一个类似大脑的认知引擎平台，具有模拟哺乳动物大脑的能力，并在智能机器人上获得了多感官融合、类似大脑的学习和决策等多种应用，也是世界上第一个以类似大脑的方式通过镜像测试的机器人。

“我们现在在大脑计算方面基本上与外国相似。”在谈到中国的研究进展时，清华大学类脑计算研究中心主任石教授告诉《科技日报》记者，每个人都还处于探索和发展的初级阶段。

"很难说哪个应用程序先突破了."石表示，未来类脑智能研究的应用有很多可能性，但在哪个领域领先还不确定。