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大脑的本质是CPU吗?

认真做科普的 脑友记BrainUp 2023-05-13

它比 CPU 的功能更强悍。


宇宙中最超凡的东西,就在你的头颅里面。


哪怕你穿梭于外太空的每一寸,说不定都找不到任何东西比你两耳之间这两斤半软乎乎如海绵般的事物更神奇、更复杂、功能更强劲的了。


 







大脑80%都是水

作为一项纯粹的奇迹,人类的大脑长得毫不起眼。首先,它有 75%~80% 都是水,其余的主要成分是脂肪和蛋白质。令人惊讶的是,这三种平平无奇的物质,凝聚起来竟然带来了思考、记忆、视觉、审美,等等。


如果你把大脑从颅骨里拿起来,你肯定会对它是多么柔软感到诧异。大脑的稠度有着不同的比喻:豆腐、软黄油、稍微煮得过了头的牛奶冻。


大脑的一大悖论是,你对世界所知的一切,都来自一个从未亲眼见过这个世界的器官。大脑存在于静寂与黑暗当中,就像关在地牢里的囚犯。它没有疼痛感受器,不折不扣地没有感觉。它从未感受过温暖的阳光,或温柔的微风。


对你的大脑来说,世界只是一股电脉冲,就像一连串的摩尔斯电码敲击。从这赤裸裸的中立信息中,大脑为你创造(不折不扣地创造)出一个充满活力、三维立体、在感官上引人入胜的宇宙。你的大脑就是你。其他一切都只是管道和支架。


除了认知/计算之外,大脑还能调控自身的免疫过程。对代谢废物进行清理,同时也对很少被使用到的记忆等功能结构进行资源释放。大脑的计算资源是按照认知任务进行即时分配和构建的,具有自主组织能力。


在认知任务完成后,计算资源也被迅速释放,进行结构重构。这对CPU来说都是不可能的,更不必说,大脑的认知任务可以使用自然语言进行“编程”,而对当代计算智能来说,「自然语言」是一个老大难问题。


@Davide Bonazzi


▎奇思妙想

乔治·德沃斯基(George Dvorsky)曾写过一篇关于如何构建人工大脑的初级读本。它提供了一些作为人工智能研究基础的哲学的很好的概述,同时展示了一些基于心理计算理论的人工智能研究的根本缺陷。


计算思维理论,本质上说,你的大脑像一台电脑一样工作。也就是说,它从外部世界获取输入,然后执行算法,以精神状态或行动的形式产生输出。


换句话说,它声称大脑是一个信息处理器,你的思想是运行在大脑「硬件」上的「软件」


德沃斯基明确地调用了心理计算理论,他表示,如果大脑活动被认为是一种由大脑物理计算的功能,那么在计算机上计算它应该是可能的。


然后他建立了一个错误的二分法,并表示,如果你相信人类认知有一些神秘或重要的东西,那么你可能不会太相信他所描述的开发人工大脑的方法。


这是一个许多心理计算理论的追随者喜欢玩的游戏。心理计算理论的追随者经常声称,唯一的替代理论的心理必然涉及超自然或二元论的成分。


这很讽刺,因为从根本上说,这个理论是二元的。这意味着你的思维与你的大脑有着本质上的不同——它只是一种理论上可以在任何底层上运行的软件。


相反,一个真正的非二元论的心智理论必须陈述清楚的事实:你的心智和你的大脑一样。现在,这并不一定意味着人工大脑是不可能的,只是对这种东西编程更类似于嵌入式系统编程,而不是计算机编程。


此外,这意味着硬件很重,——因为硬件必须从本质上反映大脑的硬件。鉴于我们甚至不知道蛔虫大脑的300个神经元是如何工作的,更不用说人类大脑的3000亿个神经元了,这使得构建人工大脑的任务变得极为复杂。


但更详细地观察大脑的工作,揭示了计算理论的一些更根本的缺陷。首先,大脑本身的结构不像图灵机。


这是一个由神经节点组成的并行处理网络——但不是任何网络。它是一个可塑的神经网络,在某种程度上可以通过意志或环境的影响而主动改变。


例如,只要大脑的一些关键部位没有受到损伤,大脑就有可能通过主动重写自己的网络来弥补损伤。或者,正如你可能在自己的生活中注意到的,只要有足够的睡眠和锻炼,就有可能提高自己的认知能力


你不需要深入钻研技术细节就能在生活中看到这一点。只要想想认知失调和确认偏误的流行就知道了。认知失调是指即使面对相反的证据,大脑仍然相信自己想要的东西的能力。


@Davide Bonazzi


确认偏误是大脑寻找符合自己理论的证据,并简单地掩盖或完全忽略相互矛盾的证据的能力。大脑的这两个方面都不容易通过计算来解释,甚至不可能用数学来表达这些状态。


更重要的是,大脑不能简单地划分为功能部分。神经元的「电路」是模糊的,从硬件的角度来看,它是「有漏洞的」。与计算机的逻辑不同,大脑的不同工作部位以我们刚刚开始了解的方式相互影响。


这些电路也可以适应新的需求。正如有人指出,人类的大脑中并没有专门用于说话、写作或音乐的部分。


相反,它们是突发的——它们是由大脑中适应更简单的视觉和听觉任务的部分形成的。


▎心智的计算理论

如果我们认为最基本的人类大脑部分——不仅仅是智力,还有自我意识——是大脑的自然属性,而不是功能属性,就像看起来可能的那样,心智的计算理论就会变得更弱。


把意识和意志看作是由数十亿个神经连接活动产生的东西,就像一个国家的经济是由数十亿个不同的商业交易产生的一样。


这不是一个完美的类比,但应该能让你对复杂性有个概念。在很多方面,国民经济的结构比大脑的结构简单得多,尽管这是一个更严格的数学命题,但要精确地建模是非常困难的。


最好的理解是,大脑不是作为软件,而是作为物理大脑的一种突发属性。因此,构建一个与人类智能具有相同复杂水平的人工智能,不仅仅是找到正确的算法并将其组合在一起的问题。


大脑比这要复杂得多,而且很可能根本就不受这种数学还原论的支配,就像经济系统一样。


回到人工智能的问题,那么,你可以看到为什么产生人类级别的智能变得更高的要求。制造能够学习和解决复杂问题的计算机是可能的。但现在还不清楚的是,是否有一种简单的方法可以让计算机适应区分人类大脑的突发属性。


@Davide Bonazzi


▎心智的计算理论

霍金曾说过,人工智能的全面发展可能意味着人类的终结。埃隆·马斯克在推特上表示,人工智能对人类的威胁比核武器更大。当极其聪明的人担心人工智能的威胁时,人们不禁想知道人类将面临什么。

截至2021年,大脑仍领先于人工智能。通过一些比较,人类的大脑可以比最快的计算机处理更多的信息。事实上,在21世纪,整个互联网的复杂性被比作一个人的大脑。这可能会让你感到惊讶。


毕竟,计算机更擅长那些我们认为是聪明的活动,比如在国际象棋中打败加里·卡斯帕罗夫(Gary Kasparov)或计算平方根。


然而,大脑擅长于并行处理和分类信息。它们非常擅长某些活动,以至于我们认为它们的优势是理所当然的,比如能够认出一只猫,能够讲笑话,或者能够跳投。


大脑的能源效率也比电脑高出约10万倍,但随着技术的进步,这种情况将会改变。


然而,当谈到存储信息时,生物学再次表明,技术还有很长的路要走。这可能也会让你感到惊讶。毕竟,连上互联网的电脑可以打败人类的《危险边缘》冠军,而且电脑在记忆电话簿之类的东西方面很擅长。


但我们可以把DNA当作记忆存储器。你六万亿个细胞中的每一个都包含了构成你整个身体的所有信息。DNA可以在更小的空间内保存更多的数据,这比当今的任何数字存储器都要小。


2015年,每台电脑上的所有信息都编码到DNA中,可以放进一辆SUV的后备箱。事实上,DNA已经可以用来存储非生物信息。同年,莎士比亚的作品被编码到DNA中。


记忆的本质当然在于它的持久性。DVD和其他硬盘在20或30年后就会分解。然而,科学家已经对3万年前的尼安德特人的DNA进行了测序。人们已经发现了将近100万年的完整DNA。DNA也可以用来存储非生物信息


大脑和DNA告诉我们,我们存储和处理数字信息的方法仍有很大的改进空间。这种潜力将通过量子计算或3D神经处理等新方法实现。


@Davide Bonazzi


▎近未来

像Ray Kurzweil这样的计算机科学家认为,人工智能和人类将并肩工作,以加速发明的速度。库兹韦尔和其他人称之为「奇点」,这个术语用来描述在某种程度上接近无穷大的现象。


奇点是机器使用自己的人工智能制造出更智能的机器的自激循环。关于奇点会是什么样子,何时到达,甚至是否会发生,人们有很多猜测。


奇点的概念可能看起来相当抽象,但超级智能人工智能可能代表着一种真正的危险,正如斯蒂芬·霍金和埃隆·马斯克所引用的那样。2015年,霍金和马斯克与苹果联合创始人史蒂夫·沃兹尼亚克以及大约1000名其他机器人和人工智能研究人员一起,发表了一封公开信,预先告知「军事人工智能军备竞赛」


我们很难知道晚上是否应该睡不着觉,担心人工智能对人类的威胁,但机器可以变得更聪明的想法对我们所有人都很重要。学习型机器与其他技术有着根本的不同。蒸汽船不能使自己成为更好的蒸汽船,但智能机器可以使自己更智能。


在许多方面,机器学习已经成为现实,尽管许多人可能没有意识到这一点。你与Siri、谷歌、Netflix或亚马逊的任何互动都受到了让自己变得更好的机器的影响。如今,机器学习正在帮助企业解读数据,从预测中学习,并发现新的相关性


虽然分析可能很复杂,但到目前为止,与人的互动还远没有接近「人」。Siri可以访问很多信息,但她仍然很像机器人。


数字技术是加速趋势线的终极故事。过去,电脑稀有、昂贵、难以使用。现在,智能机器便宜且无处不在。还有我们的大部分电器、工具和车辆。监测我们健康状况并提醒我们潜在危险的传感器将无处不在。


思考机器和互联网将与我们的生活无缝连接,并成为我们理解世界的自然组成部分。


趋势线是清晰的,但「头条新闻」很难预测。例如,回到2000年,我们对未来几年计算能力的进步做了一个像样的估计。即便有了这些信息,也没人能找出Facebook或App Store这样的颠覆者。


20世纪90年代中期,有位女士带回家一本关于未来科技的书,这本书非常先进,连光盘都有。尽管这本书分享了关于计算机潜在新用途的见解,但后来却因为对万维网的描述太少而受到批评。作者非常聪明,对科技行业非常熟悉。他的名字叫比尔·盖茨


我们所有人都必须为我们无法预见的颠覆做好准备。科技推动了全球的发展,也改变了人们的生活方式。它影响每一份工作,每一项人类活动。它以几十年前无法想象的方式提供服务、医疗保健和信息。


@Davide Bonazzi


在这个过程中,它扰乱了社会规范,扰乱了行业,扰乱了工人。技术不断进步的步伐没有停止的迹象。前进的人工智能可能看起来很可怕,但它也提供了巨大的机遇。


尽管如此,我们目前对大脑的了解还处在「捡芝麻」式的积累性研究阶段。对于这个学科,还远远谈不上研究系统的构建。对大脑无知的方面,恐怕是不可估量的多。


更重要的是,以上的复杂性、灵活性、智能性、高效性、多任务性、容错性、接口友好性等是在极为有限的功耗设计下实现的。将大脑和CPU比,恐怕是「夏虫不可语冰」



参考资料:

http://www.fritsvanpaasschen.com/

https://www.zhihu.com/pub/book/119902170;

https://www.zhihu.com/question/368920237/answer/1019508149

https://www.forbes.com/sites/alexknapp/2012/05/04/why-your-brain-isnt-a-computer/?sh=43d7715313e1




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