《On Intelligence》作者Jeff Hawkins首提“千脑智能理论”，破解皮层网格细胞谜题

From Krause Taylor 集智俱乐部 2019-04-08

© David Parkins

导语

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，Numenta的研究人员提出“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。这篇文章将为你介绍这一重要前沿进展。

论文题目：
A Framework for Intelligence and Cortical Function Based on Grid Cells in the Neocortex
（基于新皮层网格细胞的智能和大脑皮层功能框架）
论文地址：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fncir.2017.00081/full

在2018年，这篇论文是BioRxiv上下载次数最多的预印论文之一。

Numenta 的科学家们就人类大脑如何工作提出了一个重要的新理论——千脑智能理论（Thousand Brains Theory of Intelligence），它描述了一个通用的框架，用于理解新皮质的作用及其工作原理，相关论文于《 Frontiers in Neural Circuits 》正式发表。

千脑智能理论认为，新皮质并不是只学习了关于世界的一个模型，而是每一部分都学习了一份世界完整的物体与概念模型。然后新皮层中的长程连接允许模型们协同工作，来构建你对世界的整体感知。| © Numenta,Inc

论文阐述的关键见解涉及一种称为网格细胞的神经元。网格细胞存在于大脑的较旧部分用来学习环境地图，当你移动时，网格细胞会追踪你的身体相对于这些地图的位置。 Numenta 研究人员推断，网格细胞也一定存在于整个新皮质中，当你的传感器相对于世界物体移动时，这些“皮质网格细胞”会定位他们。

网格细胞的激活模式 | ©DeepMind

作者提出，皮质网格细胞使得新皮质学习物体模型类似于大脑的老部分学习环境地图，该论文提出了如何基于皮质网格细胞定义的位置和位置空间来学习物体的结构及行为。

Numenta 的共同创始人和论文的第一作者 Jeff Hawkins 评论说：“新皮层是由一个创造我们的感知、语言和高级思维的重复回路组成的。我们已经确定了这个回路中被遗漏的一个关键部分，这引致了一连串的发现，包括新大脑皮层如何工作的新解释及所有形式的智能思维的新框架。”

Jeff Hawkins是美国发明家、计算机科学家与神经科学家，《On Intelligence》作者。他主导研发了Palm与Treo，是Palm公司、Numenta公司及Handspring公司的创办者。

该论文还预测了一种称为“移位细胞”（displacement cells）的新型神经元的出现，它与皮质网格细胞相互作用以表示物体相对于彼此的位置。移位细胞允许新皮层学习新的物体作为以前学习的物体的组成部分，这是一种重要的概括形式。

论文共同作者Subutai Ahmad阐述道 : ”我们的新理论表明，大脑的工作方式与人们通常认为的不同。新皮质不是学习一个大的世界模型，而是学习成千上万个并行运作的模型。我们称之为‘千脑智能理论’。”

科学家评论

“Hawkins始终专注全局思考——可以解释整个系统的运作方式理论框架。他理解数据的神秘武器就像是在万丈高空俯瞰地表，这就超越了渐进主义的可能从而令神经科学取得真正的进步。”
——David Eagleman

David Eagleman，神经科学家，斯坦福大学精神病学和行为科学系的兼职教授，也是Neosensory.Inc的联合创始人兼首席执行官。

“Numenta 先前关于学习时间序列的研究为树突、神经元和预测的作用提供了新的见解。他们最新的论文提供了一个新颖的统一框架来理解整个大脑是如何工作，它将影响神经科学和人工智能领域。”
——Weinan Sun 霍华德·休斯医学研究所神经科学家

Jeff Hawkins著作《On Intelligence》

原作名： On Intelligence

中文版：人工智能的未来

简介：2004年杰夫·霍金斯（Jeff Hawkins）出版了著名的书籍《On Intelligence》（2006年出版中译本《人工智能的未来》），从神经科学和认知科学出发，提出了区别于“计算机式的人工智能”的智能架构，启发了许多人工智能领域的研究者。之后他创建了 Numenta（源于拉丁语中的“头脑”）公司，致力于让机器像人类大脑一样工作。

演讲资源

2018年10月15日，在荷兰 Maastricht 举行的人类大脑项目峰会上，Jeff Hawkins 在主题演讲中展示了这一新理论。Numenta 还写了一篇配套文章，旨在用通俗易懂的语言解释这个框架使非神经科学家也能理解。详见 Numenta 的网站。

Numenta ：https://numenta.com

关于Numenta

Jeff Hawkins（左）、Dileep George（中）和Donna Dubinsky（右）。他们共同创办了 Numenta。Donna 曾是 Palm 的首席执行官，协助创办了 Handspring，现在担任 Numenta 的首席执行官。| © Peter DaSilva for The New York Times

Numenta 的科学家与工程师正致力于人类面临的巨大挑战之一：理解大脑如何工作。 该公司有双重使命：对新皮层进行逆向工程，并实现基于皮层理论的机器智能技术。

Numenta于2005年由技术专家、科学家Jeff Hawkins共同创立，正在就新皮层如何工作发展一个框架。该团队通过模拟，数学分析和实验合作（experimental partnerships）检测他们的理论。 Numenta在开放获取科学期刊上发布进展，在开源项目中公开所有代码，并对将其知识产权和技术用于商业目的授权。

对人工智能的启示

Numenta 关于大脑如何创造智能的新框架可以为人工智能的未来提供一个路线图。许多人工智能领先研究人员认为深度学习网络有严重局限性，因此需要新的方法。 Numenta 的大脑理论与今天的人工智能技术截然不同。

Numenta 相信：千脑理论融合了构图结构表征、运动学习，跨模态感官信息整合，将被证明是通用人工智能和机器人技术的终极框架。