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加速人类大脑逆向工程

人类作为第一个真正自由的物种,将摆脱自然的选择(创造我们的力量)……很快我们将能够深刻地认识自我,并且能够变成我们希望的样子。

——E·O·维尔森,《Consilience:The Unity of Knowledge》,1998

我们知道我们现在是什么,但是我们不知道我们有可能变成什么。

——威廉·莎士比亚

最重要的事情是:在任何时间都能为将来的我们牺牲现在的我们。

——查尔斯·杜波依斯

一些观察者担心:当我们开发模型、模拟、拓展人脑时,我们冒着巨大风险,即不能真正地理解我们正在从事的开发工作以及涉及的微妙平衡。作家W·F·安德森写道:

我们也许就像喜欢把东西拆开的小男孩。他有足够的智慧来拆开一个手表,并且能够将其组装回来使手表能继续工作。但是,如果他试图“改善”呢?……这名男孩能够理解看得见的零件,但他不能理解控制弹簧强度的精确引擎计算。如果在这种情况下尝试改善,很可能只会损害它……我担心……我们也并不真的知道是什么造就了[生命]却正在胡乱修补。118

然而,安德森所关心的这些,并不能反映数以万计的大脑和计算机科学家广泛而艰苦的努力,他们在实施下一个步骤前总是有条不紊地测试出建模和模拟的局限性和能力。在没有对每个阶段进行详细分析的情况下,我们不会试图拆卸和重新配置大脑数以万亿的部件。对于大脑工作原理的认识过程是通过日益精细的建模完成的,而这些模型则来自于越来越准确而且分辨率很高的数据。

正如利用计算能力来模拟人类大脑那样,我们正在努力加快利用超级计算机扫描和模拟人类大脑意识,并建立可行的模型。就像本书的其他预言一样,关键是要了解这一领域发展的指数增长的性质。我经常遇到这样的一些同事,他们认为详细了解大脑的工作方法将需要一个世纪或更长的时间。正如这么多的长期科学预言那样,这一预言是基于对未来的看法并忽略了线性固有的加速发展情况的,这和每个潜在技术的指数增长一样。这种过于保守的观点也是源自对当代成就广度的低估,甚至在这一领域的从业人员也会产生这样的观点。

扫描和检测工具的整体空间和时间分辨率每年都增加一倍。扫描带宽、性价比和图像重现次数也可以看到类似的指数增长。这些趋势对于所有的扫描形式都是正确的,包括完全无创扫描、裸露头骨的扫描以及破坏性扫描。大脑扫描信息和模型建设的数据库大约也可以每年翻一番。

有证据已经表明,我们具备建立详细模型,并且对亚细胞部分、神经元和神经区域进行可行模拟的能力,这种能力能够保证所需的工具和数据的可用性。神经元和神经元亚细胞部分的性能往往涉及大量的复杂性和很多的非线性,但神经簇和神经区域的性能往往比它们的组成部分简单。我们通过有效的计算机软件实现日益强大的数学工具,能够准确地将自适应、半随机、自组织、高度非线性系统等这些复杂类型模式化。我们迄今为止在大脑一些重要区域的有效模拟这方面取得的成功显示了这一方法的效力。

目前出现的扫描工具将首次提供实时观察个别树突、棘和突触性能的时间和空间分辨率。这些工具将迅速引导新一代更高分辨率建模和模拟的出现。

一旦在2020年纳米机器人时代来临,我们将能够从自己大脑内部利用高分辨率观测到神经性能的所有有关特征。发送通过毛细血管数十亿纳米机器人,这能够使我们无创性地扫描整个正在实时工作的大脑。我们今天已经利用简陋的工具为大脑的广泛地区建立了有效的(尽管仍然不完全)模型。未来20年内,我们在扫描分辨率和带宽方面的计算至少会增加100万倍。因此,我们有信心会在2020年拥有数据收集和计算所需的工具来对整个大脑进行建模和模拟,这将使得我们有可能将人类智能运作的原则和来自其他人工智能研究的智能信息处理形式结合起来。我们还将受益于机器在存储检索、快速大量分享信息方面的强大力量。随后,我们将有能力在计算平台上运行这些功能强大的混合系统,而这一平台大大超过了人脑相对固定的架构的能力。

人类智力的可扩展性。为回应霍夫斯塔特关于人类智能是否仅仅在“自我认知”的临界值上下浮动的担忧,大脑逆向工程的持续加速明确说明了我们自身的理解能力——或者就此而言的任何其他一切——是没有极限的。人类大脑智能延展性的关键是我们在精神上建立现实模型的能力。这些模型可以是循环往复的,也就是说一个模型可以包含多个其他的也很成熟的模型:例如,一个生物细胞的模型可以包括细胞核、核糖体和其他细胞结构。同样的道理,核糖体的模型也可以包含其亚分子的组成部分,进一步分解到原子、亚原子微粒和它们之间的作用力的程度。

我们理解复杂结构的能力是不必分层次的。一个像细胞或者人类大脑这样复杂的系统不能简单地分解成构成其的子系统和部件。我们拥有日渐精密的数学工具来弄明白秩序和混乱交相混杂的系统(实际上在细胞和大脑中它们并不少见),并且理解复杂的违背逻辑的相互作用。

能够自我加速的计算机在帮助我们处理日渐复杂的模型上正变得越来越不可或缺。很明显,如果我们仅仅局限于思维能够想到的模型,而不去用技术来加以辅助的话,霍夫斯塔特的担忧就可能成为现实。我们的智力刚好超过理解自身智力的临界值,这源于我们与生俱来的能力,并结合我们自己创造的工具去设想、精炼、扩展、抽象变化,以及我们愈发精细的观测模型。