腦科學(xué)到下個(gè)世紀(jì)或仍是前沿科學(xué)

大腦是人體最重要的器官，也可能是宇宙間最復(fù)雜的物體——結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能復(fù)雜，比最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)不知道還要復(fù)雜多少倍。這個(gè)復(fù)雜的物體是怎么出現(xiàn)的呢？它是生物演化過程中的一個(gè)奇跡。

大腦外面有皺褶的這層叫大腦皮層，是所有重要的腦功能的關(guān)鍵區(qū)域。理解大腦，不僅要知道大腦皮層的結(jié)構(gòu)和功能，還要知道大腦皮層里那些復(fù)雜的核團(tuán)的功能。為理解這些問題，科學(xué)家至少花了200年時(shí)間。

現(xiàn)在，我們對(duì)大腦的了解，比如大腦如何處理信息、神經(jīng)細(xì)胞怎樣編碼和傳導(dǎo)信息、信息如何從一個(gè)神經(jīng)元交互到另一個(gè)神經(jīng)元……這些傳導(dǎo)機(jī)制都理解得比較清楚；對(duì)不同的神經(jīng)元做什么，在各種功能中會(huì)產(chǎn)生什么反應(yīng)，也很清楚。

在過去的一個(gè)世紀(jì)里，諾貝爾獎(jiǎng)涉及的神經(jīng)科學(xué)中的重要發(fā)現(xiàn)都跟大腦的信息編碼、儲(chǔ)存相關(guān)。但是，我們只對(duì)神經(jīng)細(xì)胞如何處理信息了解得很清楚，對(duì)整個(gè)大腦復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)了解不多。

到底是什么原理使得神經(jīng)細(xì)胞在某種情況下發(fā)生某些反應(yīng)，我們并不是很清楚；對(duì)大腦中的信息處理不太了解，對(duì)各種感知覺、情緒，還有一些高等認(rèn)知功能——思維、抉擇甚至意識(shí)等，理解得比較粗淺。雖說腦科學(xué)已有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，但是未知的比已知的要多得多。打一個(gè)比方，腦科學(xué)現(xiàn)在的處境，相當(dāng)于物理學(xué)和化學(xué)在20世紀(jì)初期的處境，有很多事情已經(jīng)搞清楚，但是重大的理解和突破還沒有出現(xiàn)。所以現(xiàn)在的腦科學(xué)是生物科學(xué)里比較神秘的領(lǐng)域，從這點(diǎn)來說，腦科學(xué)將成為未來生命科學(xué)發(fā)展中很重要的一個(gè)領(lǐng)域。年輕人將來想鉆研科學(xué)的話，腦科學(xué)就是前沿科學(xué)，不但在這個(gè)世紀(jì)，甚至下個(gè)世紀(jì)依舊是前沿科學(xué)。

為此，我們希望啟動(dòng)一個(gè)由中國科學(xué)家主導(dǎo)的國際大科學(xué)計(jì)劃，做全腦介觀層面上的神經(jīng)連接圖譜。對(duì)于介觀圖譜，不僅中國科學(xué)家感興趣，世界各國的科學(xué)家都有興趣。通過該計(jì)劃，人們能夠研究動(dòng)物特別是模型動(dòng)物（包括小鼠、獼猴等跟人最相近的靈長類動(dòng)物）的大腦圖譜。其中一翼要做腦疾病的診斷與治療，形成各種新型的醫(yī)療產(chǎn)業(yè)。另外一翼是類腦人工智能、類腦計(jì)算、腦機(jī)接口等與人工智能相關(guān)的新技術(shù)，該領(lǐng)域?qū)ξ磥淼娜斯ぶ悄墚a(chǎn)業(yè)具有重大影響。這就是目前中國腦計(jì)劃的方向，也是大家公認(rèn)的最好的方向。與世界其他國家的腦計(jì)劃相比，雖然我們的計(jì)劃啟動(dòng)得慢，但我們的設(shè)計(jì)是最圓滿的，希望它的實(shí)施也是最圓滿的。

腦科學(xué)研究的另外一個(gè)重要應(yīng)用就是腦機(jī)智能技術(shù)、類腦研究方面。

在該領(lǐng)域中，未來很重要的一個(gè)發(fā)展方向，就是腦機(jī)接口和腦機(jī)融合的新方法，還有各種腦活動(dòng)的刺激方法、調(diào)控方法以及新一代人工網(wǎng)絡(luò)模型和計(jì)算模型。盡管現(xiàn)在的深度網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型很好，但與人腦相比，還差得很遠(yuǎn)。如果能夠更進(jìn)一步研發(fā)出類人腦的新型計(jì)算模型和新的類似神經(jīng)元的處理硬件，并將它們應(yīng)用到新一代計(jì)算機(jī)上，有可能做出更優(yōu)秀、更高效的計(jì)算機(jī)，它們的計(jì)算能力也將更接近人類，并且能耗更低，效率也更高。

此外，類腦計(jì)算機(jī)器人和大數(shù)據(jù)處理也是未來類腦研究的方向。我重點(diǎn)談?wù)剤D靈測(cè)試。大家也許聽說過圖靈測(cè)試，如何判斷一臺(tái)機(jī)器具有人的智能？圖靈在70年前就提出過這樣一個(gè)設(shè)想：在彼此看不到對(duì)方的情況下，分別與一臺(tái)機(jī)器和一個(gè)人對(duì)話，并在對(duì)話過程中，分辨出對(duì)方是機(jī)器還是人。如果無法分辨出對(duì)方的身份，就可以認(rèn)定這臺(tái)機(jī)器具有人的智能。其中語義的理解是最關(guān)鍵的。多年來，人們一直希望做出能夠通過圖靈測(cè)試的機(jī)器。通過測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)是，只要有1／3的人在5分鐘之內(nèi)辨別不出跟自己對(duì)話的是機(jī)器還是人，即可認(rèn)定機(jī)器獲勝。

小冰是微軟（亞洲）互聯(lián)網(wǎng)工程院在中國推出的人工智能聊天機(jī)器人，可以通過對(duì)話不斷提升自己，增加自身的知識(shí)儲(chǔ)備，增強(qiáng)回應(yīng)能力。雖然問世多年的小冰具有很高的對(duì)話能力，但人們還是很容易就知道它不是真的人，而只是一臺(tái)機(jī)器。在今天，如果真正要做出好的類腦智能，必須依靠新的圖靈測(cè)試。什么是新的圖靈測(cè)試？除了語言能力之外，測(cè)試指標(biāo)還應(yīng)包括對(duì)各種信息的感知能力與處理能力。具體來說，可以讓一個(gè)機(jī)器人和一個(gè)人各自操作一只機(jī)械手來玩一個(gè)玩具，同時(shí)要求他們彼此間就動(dòng)作情況進(jìn)行對(duì)話，以便進(jìn)行判別。我們很容易發(fā)現(xiàn)，類似測(cè)試可比跟一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)話復(fù)雜多了。團(tuán)隊(duì)合作方面也是測(cè)試內(nèi)容。叫一個(gè)機(jī)器人與人類合作進(jìn)行某些活動(dòng)，比如進(jìn)行比賽，觀察大家是否能夠辨別出來隊(duì)員中哪個(gè)是機(jī)器人哪個(gè)是人。這些都是新的圖靈測(cè)試所涵蓋的內(nèi)容。

我們可以期待，未來二三十年內(nèi)，可能出現(xiàn)能夠通過新的圖靈測(cè)試的、具有通用人工智能的類腦人工智能。

（作者系中科院院士、中科院神經(jīng)科學(xué)研究所所長，原載《北京青年報(bào)》，有刪改）

《中國教育報(bào)》2019年07月01日第2版