建造一個人類大腦，可能嗎

陳重威

使用世界上運算速度最快的96臺計算機，對人類大腦進行迄今為止最大規(guī)模的模擬。

“robot”橫空出世

1920年捷克劇作家創(chuàng)作了科幻戲劇《洛蘇姆萬能機器人公司》，描述了人類與自己制造的機器人之間一場兩敗俱傷的戰(zhàn)爭；故事的結(jié)尾，是唯一存活下來的了解機器人秘密的工程師，聽到了地球上最后兩個機器人的笑聲；他們已經(jīng)獲得了人類的思想和情感，甚至有了性別之分，成了新的亞當(dāng)和夏娃。正是該劇的上演，讓“robot”（機器人）一詞橫空出世。這個源自捷克文和波蘭文的單詞，很快被各種語言吸收采納，成了世界性詞匯。如今，機器人早已走出了科學(xué)幻想，成為人類生活中的現(xiàn)實。

1997年以來，一年一度的機器人世界杯賽，已經(jīng)包括機器人足球賽、機器人武術(shù)擂臺賽、舞蹈機器人賽、水中機器人賽、空中機器人賽、機器人救援賽、機器人仿真賽等等，其中最受青少年關(guān)注的當(dāng)屬機器人足球賽和機器人武術(shù)擂臺賽。

日本大阪大學(xué)的一位教授，制造了一個與自己一模一樣的機器人，當(dāng)他們兩個坐在一起時，不明真相的人會以為他們是一對雙胞胎，絕對可以以假亂真。他讓自己的替身去學(xué)校給學(xué)生上課，而他只需在家中遙控就可以遠程與學(xué)生交流。有中國學(xué)生因此戲言，以后上課前先得對走上講臺的老師“驗明正身”，以免“浪費感情”。

機器人咄咄逼人

隨著科技的進步，在與人類的智力較量中，機器人真可謂咄咄逼人。1997年，美國IBM公司的機器人“深藍”，以壓倒性優(yōu)勢擊敗了國際象棋的世界冠軍，全世界為此而震驚。2011年，在美國最受歡迎的電視競猜節(jié)目《危險邊緣》中，來自IBM的機器人“沃森”，擊敗了兩個人類對手。他們都是此前歷次比賽中最強大的獲勝者，但“沃森”硬是擊敗了他們，贏得了100萬美元的獎金。

競猜節(jié)目中的題目涵蓋范圍很廣，歷史、文學(xué)、語言、藝術(shù)、科學(xué)、文化等都有涉及，競猜的形式，是參賽者在收到短語提示后，根據(jù)這些提示用問句的方式搶答出那些短語所描述的對象。競猜的內(nèi)容涉及對自然語言的理解和聯(lián)想能力。例如，“你好”這兩個字，在不同的場合，不同的語音、語調(diào)中，既可以是熱情的問候，又可以是諷刺甚至疑問。而正確地理解其確切的含義，通常被認為是人類思維優(yōu)于計算機的方面。

即便是用速度最快的處理器，一臺計算機至少需要兩個小時才能答出一道涉及自然語言的題目。對于一個電視競猜節(jié)目，這完全是不可接受的。想要獲勝，必須在三秒鐘之內(nèi)作答。因此，“沃森”不僅使用了分布在90個服務(wù)器上的2880個處理器，還儲存了多達兩億頁的結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的“知識”，包括維基百科的全文，但競賽時它并沒有連接互聯(lián)網(wǎng)。

在對自然語言的處理上，“沃森”采用的是同時執(zhí)行數(shù)以千計的語言分析算法，并從結(jié)果中尋找共性。只有當(dāng)“沃森”確信自己得到了正確答案時才會搶答，如果對于答案不那么有把握，它會保持沉默，不冒險搶答，以免被倒扣得分。雖然，“沃森”的成功并不表明它能夠像人類那樣去理解語言，但至少證明它成功處理了人類語言中雙關(guān)、模糊的一面。

“我要吃一根香蕉”

有人認為，機器人再聰明也還是機器，因為它沒有一顆人類的大腦。機器人研制者對此耿耿于懷。2012年，IBM公司的計算機專家，使用了世界上運算速度最快的96臺計算機，試圖建造一個包含5300億個神經(jīng)元和100萬億個突觸的人造“大腦”。這是迄今為止對人類大腦的最大規(guī)模的模擬。該項目的初始目標(biāo)，是模擬出經(jīng)常被用來做實驗的恒河猴的大腦。有人因此戲稱，一旦人造的恒河猴“大腦”誕生，它說的第一句話一定是“我要吃一根香蕉”。

請注意，人造“大腦”里的神經(jīng)元和突觸并不是生物學(xué)意義上的。對于計算機來說，一個神經(jīng)元就是一個計算中心，每一個神經(jīng)元能夠從周邊成千上萬的其他神經(jīng)元那里接收到輸入信號，對數(shù)據(jù)進行分析處理，然后再發(fā)射出去；突觸是用于連接神經(jīng)元的，它是記憶和學(xué)習(xí)發(fā)生的地方。也就是說，這個人造“大腦”只是“神經(jīng)形態(tài)工程學(xué)”意義上的。

人腦只需20瓦電力

“神經(jīng)形態(tài)工程學(xué)”是受生物腦的功能和結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，對計算機進行改進的。例如，現(xiàn)在你我所使用的計算機，是依靠數(shù)量巨大的晶體管的打開與關(guān)閉來運行的，這意味著大量的電力消耗，而人腦只需要20瓦的電力就夠了。如果以目前的計算機技術(shù)來建立一個與人腦規(guī)模相當(dāng)?shù)挠嬎銠C網(wǎng)絡(luò)，其耗電量將相當(dāng)于一個小城市的用電量。人腦之所以如此省電的一個重要原因，就是人腦是“事件驅(qū)動”的；只有當(dāng)某些神經(jīng)元被激活時才會比較消耗能量。又如，人腦突觸的失誤率非常高，在30%-90%的情況下，其動作是失敗的；盡管如此，人腦仍工作得很好。相比之下，咱們現(xiàn)在所用的計算機，晶體管的一次失誤就可能導(dǎo)致死機。

IBM公司的最新研究成果，是將用來模擬人腦的計算機也設(shè)計成了“事件驅(qū)動”的，電力消耗因此大幅降低。但現(xiàn)有的成果并不是生物學(xué)上或功能上的精確模擬，計算機仍然不能思考或感受。

對于用電腦模擬人腦，最終在計算機上建造一個人類大腦，有不少科學(xué)家認為要走的路還相當(dāng)遙遠，因為人類對自己的大腦如何運行的了解還實在太少、太少。在神經(jīng)科學(xué)解決最基本的問題之前，人工智能不大可能取得重大突破。

并非不可能

也有一些科學(xué)家對建造一個人類大腦顯得比較樂觀。他們相信計算機的運算能力每18～24個月就會翻倍的“摩爾定律”。“沃森”的研發(fā)者就指出，在“深藍”戰(zhàn)勝國際象棋世界冠軍僅僅5年之后，計算機專家就做到了僅靠連接8臺個人電腦就達到了與龐然大物“深藍”相等的運算能力。另一計算機科學(xué)家認為，依照現(xiàn)在電腦的發(fā)展速度，在“沃森”獲勝之后僅需7年，單獨一個處理器就能做到它在《危險邊緣》中完成的壯舉；僅僅10年之后，個人計算機也將能達到這個水平。

瑞士有一位神經(jīng)科學(xué)家，自2005年起就一直在主持一項被稱為“藍腦計劃”的項目，其目標(biāo)就是用計算機模仿出人腦的生理學(xué)過程。在2009年的一次學(xué)術(shù)演講中，這位科學(xué)家宣稱：“建造一個人類大腦并非不可能，我們將用10年的時間做到。”他想象中的人造大腦將擁有人類的智力水平和相似的行為方式。

圖靈測試

一名美國的未來學(xué)家也對能建造一個人類大腦持樂觀態(tài)度。他預(yù)言，到2029年就會有計算機通過圖靈測試，并愿意為此賭上兩萬美元。

所謂圖靈測試，是科學(xué)家圖靈在1950年提出的一個游戲；讓一個人類的審問者去審問一個機器人和一個自然人，這個審問者看不見對方，更不知道對方的身份；機器人的目標(biāo)是讓審問者把自己誤當(dāng)成人，而真的人則要幫助審問者正確識別出機器人。如果機器人成功迷惑了審問者，則這個機器人就通過了圖靈測試。

如果由你擔(dān)任審問者，你打算怎樣識別那個企圖“忽悠”你的機器人呢？

從最簡單的開始

更多的科學(xué)家相信，“爭”破嗓子，不如甩開膀子。他們正腳踏實地從最簡單的開始做起。“秀麗隱桿線蟲”是一種生命只有幾天的看上去非常簡單的生物：它身長大約1毫米，由959個細胞組成，其中有302個是神經(jīng)元，95個是肌細胞。早在1980年，生物學(xué)家們就搞清楚了它的302個神經(jīng)元的連接方式；然而，在過去的27年中，所有嘗試用計算機模擬其完整神經(jīng)系統(tǒng)的努力均以失敗而告終。最新研究表明，盡管它只有302個神經(jīng)元，卻含有6393個化學(xué)突觸、890個縫隙連接、1410個肌肉神經(jīng)接點。最大的困難在于，盡管人們已經(jīng)很清楚神經(jīng)元的連接方式，卻對突觸是如何行為的知之甚少。

或許，建造一個人類大腦的最終實現(xiàn)，將從如何取得這個最簡單的成功開始。