探索大腦理論的孤膽英雄

黃鐵軍

北京智源人工智能研究院院長(zhǎng)，北京大學(xué)教授

杰夫·霍金斯是我佩服的極少數(shù)人之一。這里我之所以用人，而沒(méi)有用學(xué)者（他確實(shí)醉心于研究）、院士（他是美國(guó)工程院院士）或企業(yè)家（他是掌上電腦先驅(qū)企業(yè)Palm創(chuàng)始人）等稱(chēng)呼，是因?yàn)楹茈y有一個(gè)稱(chēng)呼可以概括他。如果一定要有一個(gè)稱(chēng)呼，我想說(shuō)他是一位智能時(shí)代的孤膽英雄。

點(diǎn)燃霍金斯學(xué)者夢(mèng)想的是基因雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者弗朗西斯·克里克。克里克1977年移居美國(guó)，開(kāi)始探索大腦和意識(shí)這個(gè)更難的問(wèn)題，1979年9月在《科學(xué)美國(guó)人》（Scientific American）雜志上發(fā)表科普文章《思考大腦》（Thinking About the Brain），指出腦科學(xué)研究明顯缺乏的是一個(gè)普適的思想框架來(lái)解釋這些研究結(jié)果。那一年，霍金斯剛從康奈爾大學(xué)電子工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，進(jìn)入英特爾公司工作，被克里克的文章深深吸引。從此，尋找大腦運(yùn)行背后的理論框架，就成了這名電子工程師的人生目標(biāo)。

可是，英特爾公司雖然是電腦企業(yè)的領(lǐng)頭羊，卻沒(méi)有研究大腦的部門(mén)，于是霍金斯轉(zhuǎn)向信息領(lǐng)域最有可能研究這個(gè)問(wèn)題的頂級(jí)學(xué)府麻省理工學(xué)院，申請(qǐng)人工智能實(shí)驗(yàn)室的博士研究生。招生面試組問(wèn)他想做什么，他回答說(shuō)，希望以大腦理論為基礎(chǔ)創(chuàng)造智能機(jī)器，然而得到的答復(fù)卻是：大腦只是一臺(tái)混亂的計(jì)算機(jī)，研究它沒(méi)有任何意義。于是他又轉(zhuǎn)向了美國(guó)西海岸更加開(kāi)放的加州大學(xué)伯克利分校，1986年1月被神經(jīng)科學(xué)博士研究生項(xiàng)目錄取。這次他的研究課題有所收斂研究新皮質(zhì)如何進(jìn)行預(yù)測(cè)，當(dāng)時(shí)的系主任弗蘭克·韋伯林（Frank Werblin）組織的教授組積極肯定了這個(gè)課題的重要性，但霍金斯不確 定如何開(kāi)展工作，也找不到研究這個(gè)方向的導(dǎo)師。

作為博士生導(dǎo)師，我想說(shuō)這樣的學(xué)生特別難得。絕大多數(shù)博士生更習(xí)慣導(dǎo)師指定研究方向甚至論文題目，而不是追求自己發(fā)自?xún)?nèi)心熱愛(ài)的研究方向。即使有霍金斯這種博士生，如果發(fā)現(xiàn)缺乏導(dǎo)師，往往也會(huì)知難而退，轉(zhuǎn)向更保險(xiǎn)的研究課題，發(fā)表幾篇論文，順利畢業(yè)。因此，很多學(xué)校的博士生獲得學(xué)位的比例很高，但原始創(chuàng)新率很低。

霍金斯沒(méi)有知難而退，而是在圖書(shū)館泡了兩年，讀了過(guò)去50年神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最重要的數(shù)百篇論文，以及心理學(xué)家、語(yǔ)言學(xué)家、數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家對(duì)大腦和智能的看法。雖然沒(méi)找到答案，但人類(lèi)對(duì)這個(gè)問(wèn)題的認(rèn)知水平他已經(jīng)了然于胸�；艚鹚拐J(rèn)為這就是一流教育，我完全同意，這才是每名博士研究生的必修課：不是導(dǎo)師告訴你做什么，而是求教于追尋這一問(wèn)題的所有先賢，經(jīng)過(guò)了這一關(guān)，你就已經(jīng)和他們站到一起了。

霍金斯經(jīng)過(guò)了這一關(guān)，清楚地知道幾年的博士研究實(shí)現(xiàn)不了自己的夢(mèng)想，于是決定從長(zhǎng)計(jì)議。他返回工業(yè)界，并開(kāi)啟了掌上電腦的傳奇，成立的Palm公司取得了巨大成功。如果他醉心商業(yè)，把掌上電腦的成功擴(kuò)展到手機(jī)，蘋(píng)果手機(jī)成功的歷史可能會(huì)被他改寫(xiě)。但霍金斯志不在此，他心心念念的還是大腦。2002年，他用創(chuàng)業(yè)積累的資金成立了紅木神經(jīng)科學(xué)研究所（Redwood Neuroscience Institute），專(zhuān)注新皮質(zhì)理論研究，聘任了10位全職科學(xué)家，吸引了100多名訪問(wèn)學(xué)者。

但是，頂級(jí)神經(jīng)科學(xué)家都知道大腦是個(gè)巨大的神秘叢林，他們更愿意聚焦于力所能及的新發(fā)現(xiàn)，而不是霍金斯追求的大腦理論。因此，霍金斯決定把紅木神經(jīng)科學(xué)研究所捐給加州大學(xué)伯克利分校，并創(chuàng)立了研究公司Numenta，自己帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于大腦理論研究。2010 年，他提出了一種皮質(zhì)柱預(yù)測(cè)模型，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的開(kāi)源軟件HTM，并應(yīng)用于股票市場(chǎng)異常檢測(cè)等領(lǐng)域。

我懷著對(duì)霍金斯傳奇經(jīng)歷的仰慕，于2016年1月訪問(wèn)了Numenta。訪問(wèn)之前，我的研究團(tuán)隊(duì)把HTM用于模糊運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，驗(yàn)證了模型的獨(dú)特價(jià)值。霍金斯很高興地看了我的演示，我也順道指出了他的《新機(jī)器智能》一書(shū)中的幾處小錯(cuò)誤，談了我對(duì)大腦和智能之間關(guān)系的看法。也正是在那一年，霍金斯有了新發(fā)現(xiàn)，就是《千腦智能》（A Thousand Brains）中的新皮質(zhì)中的地圖狀參考系。

這里就不劇透這個(gè)新發(fā)現(xiàn)了。如果成功的話(huà)，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)對(duì)腦科學(xué)的意義，就像進(jìn)化論對(duì)生命科學(xué)的意義一樣重大。我期望這個(gè)新學(xué)說(shuō)能夠成功，至少作為大腦原理的一部分與世長(zhǎng)存，讓這位追逐夢(mèng)想40余年的孤膽英雄稍感慰藉。

然而，作為一名癡迷大腦的同好，我的看法與霍金斯并不相同。我認(rèn)為未來(lái)20年，更重要的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)人類(lèi)大腦的精細(xì)解析、建模和仿真，進(jìn)而制造出媲美甚至超越人類(lèi)大腦的超級(jí)大腦，之后才算正式踏上揭示大腦奧秘的征程。簡(jiǎn)言之，霍金斯主要是從功能模擬的角度探索大腦原理（雖然他比很多類(lèi)腦專(zhuān)家更關(guān)心大腦的結(jié)構(gòu)），是基于自頂向下的方法論，類(lèi)似生命科學(xué)中的進(jìn)化論；我強(qiáng)調(diào)的是從結(jié)構(gòu)仿真出發(fā)構(gòu)造大腦，再重現(xiàn)大腦功能，是基于自底向上的方法論，類(lèi)似生命科學(xué)中的從基因組出發(fā)合成生命。自頂向下和自底向上論者從來(lái)都爭(zhēng)執(zhí)不休，但蕞終會(huì)走到一起，就像進(jìn)化論和基因組結(jié)合才能揭示生命的奧秘一樣。希望同樣擁有夢(mèng)想的你我和霍金斯一起努力，創(chuàng)造超級(jí)大腦，揭示大腦的奧秘，共同見(jiàn)證那個(gè)偉大的會(huì)師時(shí)刻。